Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les arythmies ventriculaires conduisant à la mort subite ont été précédemment associées àun type de cellules spécialisées, les fibres de Purkinje (FP). Elles font partie du systèmede conduction cardiaque, et possèdent un rôle majeur dans l’impulsion électrique et l’activationsynchrone des ventricules. Néanmoins, elles peuvent être impliquées dans des phénomènespro-arythmogéniques à l’origine de l’initiation ou du maintien de la fibrillation ventriculaire(FV) au sein de structures normales ou dans le cas d’un large spectre de maladies cardiaques.Cependant, les caractéristiques électrophysiologiques et structurelles des FP etles mécanismes sous-jacents des arythmies liées au Purkinje restent inconnus. Le systèmePurkinje semblerait jouer un rôle important de substrat de l’arythmie en raison de son impactsur l’hétérogénéité transmurale de repolarisation.Six études décrivant les propriétés électrophysiologiques et les propriétés macro/microstructurellesde ventricules gauches de brebis et de ventricules gauches humains ont étédéveloppées en utilisant une combinaison de méthodes classiques et innovantes.Les résultats ont permis de montrer que les FP, à travers leurs jonctions avec le myocarde,modulaient localement la durée du potentiel d'action et jouaient un rôle dans la dispersionde la repolarisation, révélant ainsi le rôle potentiel des FP dans le déclenchement etle maintien de la FV.Ce travail ouvre de nouvelles perspectives thérapeutiques dans le traitement préventifde l'arythmie ventriculaire afin de lutter contre la mort subite d'origine cardiaque. / Arrhythmias that lead to sudden death have previously been associated with a specializedcell type, the Purkinje fibers (PF). They form the cardiac conduction system, and have a majorrole in the electrical impulse and synchronous activation of the ventricles. However, they maybe involved in pro-arrhythmic phenomena causing the initiation or maintenance of ventricularfibrillation (VF) in structurally normal and a broad spectrum of cardiac diseases.Nevertheless, electrophysiological and structural characteristics of PF and mechanismsunderlying Purkinje-related arrhythmias are poorly understood. It is hypothesized thatthe Purkinje system plays an important role as a substrate for arrhythmias due to, in part,its impact on transmural repolarization heterogeneity.Here within are six studies describing electrophysiological and macro/micro structuralproperties of sheep and human left ventricles using a combination of conventional andinnovative methods.Results showed that PF, through junctions with the myocardium, locally modulatedthe action potential duration and played a role in the dispersion of repolarization. Therefore,revealing a potential role for PF in both, trigger and maintenance of VF.This work opens new therapeutic perspectives in preventive treatment of ventriculararrhythmia to fight against sudden cardiac death.

Depuis les années 80 la cartographie optique est devenu un outil important pour l'étude et la compréhension des arythmies cardiaques. Cette expérience permet la visualisation de flux de fluorescence à la surface du tissu ; fluorescence qui est directement liée au potentiel transmembranaire. Dans les observations en surface se cachent des informations sur la distribution en trois dimensions de ce potentiel. Nous souhaitons exploiter ces informations surfaciques afin de reconstruire le front de dépolarisation dans l'épaisseur. Pour cela nous avons développé une méthode basée sur la résolution d'un problème inverse. Le modèle direct est composée de deux équations de diffusion et d'une paramétrisation du front de dépolarisation. La résolution du problème inverse permet l'identification des caractéristiques du front. La méthode a été testée sur des données in silico avec différentes manières de caractériser le front (sphère qui croît au cours du temps, équation eikonale). Les résultats obtenus sont très satisfaisants et comparés à une méthode développée par Khait et al. [1]. Le passage à l'étude sur données expérimentales a mis en évidence un problème au niveau du modèle. Nous détaillons ici les pistes explorées pour améliorer le modèle : illumination constante, paramètres optiques, précision de l'approximation de diffusion. Plusieurs problèmes inverses sont considérés dans ce manuscrit, ce qui implique plusieurs fonctionnelles à minimiser et plusieurs gradients associés. Pour chaque cas, le calcul du gradient est explicité, le plus souvent par la méthode de l'adjoint. La méthode développée a aussi été appliquée à des données autres que la cartographie optique cardiaque. / Since the 80's optical mapping has become an important tool for the study and the understanding of cardiac arythmias. This experiment allows the visualization of fluorescence fluxes through tissue surface. The fluorescence is directly related to the transmembrane potential. Information about its three-dimension distribution is hidden in the data on the surfaces. Our aim is to exploit this surface measurements to reconstruct the depolarization front in the thickness. For that purpose we developed a method based on the resolution of an inverse problem. The forward problem is made of two diffusion equations and the parametrization of the wavefront. The inverse problem resolution enables the identification of the front characteristics. The method has been tested on in silico data with different ways to parameter the front (expanding sphere, eikonal equation). The obtained results are very satisfying, and compared to a method derived by Khait et al. [1]. Moving to experimental data put in light an incoherence in the model. We detail the possible causes we explored to improve the model : constant illumination, optical parameters, accuracy of the diffusion approximation. Several inverse problems are considered in this manuscript, that involves several cost functions and associated gradients. For each case, the calculation of the gradient is explicit, often with the gradient method. The presented method was also applied on data other than cardiac optical mapping.