La hernie diaphragmatique congénitale (HDC) est une pathologie très complexe résultant d'une malformation de l'une ou l'autre des coupoles diaphragmatiques. Conséquemment, cette ouverture permet, durant la vie f?tale, une migration céphalique des viscères abdominaux vers la cavité thoracique. La présence de ces viscères dans le thorax compromet la croissance normale des poumons, contribuant ainsi à l'apparition d'une hypoplasie et d'une hypertension pulmonaires. Les endothélines (ETs), quant à elles, sont de très puissants peptides vasoconstricteurs et promitogènes. Par conséquent, bien que plusieurs autres facteurs puissent être mis en cause dans la HDC, les ETs doivent être considérées dans la physiopathologie de la HDC. Cette thèse a pour but d'étudier le rôle potentiel de composantes spécifiques du système ET dans la physiopathologie de la HDC. Nos premiers travaux, effectués à l'aide d'un modèle expérimental de HDC induite chimiquement, ont démontré que l'inhibition anténatale des enzymes de conversion des ETs promeut la survie néonatale et atténue l'hypoplasie pulmonaire dans la HDC. Nos travaux effectués à l'aide d'un modèle expérimental de HDC induite chirurgicalement, quant à eux, ont montré que le blocage aigu des récepteurs A des ETs (ETA) améliore le profil cardio-pulmonaire d'agneaux nouveau-nés avec HDC. Ces travaux ont également démontré que les récepteurs des ETs subissent une modulation pulmonaire rapide à la suite de l'administration périnatale d'un tel antagoniste sélectif de ETA. D'un autre côté, nous avons démontré que ce même composé affecte promptement et dramatiquement l'expression de l'ARNm de la protéine C du surfactant par les pneumocytes de type II chez l'agneau nouveau-né. Globalement, nos résultats démontrent un rôle tant anténatal que périnatal du système ET dans la hernie diaphragmatique expérimentale. Toutefois, bien qu'un effet bénéfique indéniable de l'atrasentan fut observé chez l'agneau nouveau-né avec HDC, nos résultats suggèrent que le système ET joue un plus grand rôle dans la genèse des processus physiopathologiques impliqués dans la HDC plutôt que dans le maintien de ceux-ci à la naissance. À cet égard, la détermination d'un tel rôle du système ET pourrait mener à une meilleure compréhension de la physiopathologie de la HDC, ouvrant ainsi la voie à une nouvelle avenue pour l'élaboration de thérapeutiques adaptées à cette pathologie très complexe.

Thèse de doctorat : Physiopathologie : Paris 12 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. : 189 réf.

Montréal Trigonix inc. 2018

La théorie classique selon laquelle à une anomalie équilibrée correspond un phénotype "normal" et à une anomalie déséquilibrée une altération du phénotype n'est pas toujours de mise. En effet, même si les nouvelles techniques moléculaires de cytogénétique décrites dans la 1ère partie de ce mémoire, permettent de faire des corrélations génotype-phénotype de plus en plus fines, l'existence de polymorphismes du génome, d'une régulation complexe de l'expression des gènes, de phénomènes épigénétiques tel que l'empreinte parentale peut être à l'origine de phénotypes "inattendus". Nous proposons dans la 2ème partie de ce travail de discuter à travers plusieurs cas publiés, les hypothèses pouvant expliquer de telles discordances génotype-phénotype. Ces travaux nous montrent la nécessité d'avoir recours aux techniques moléculaires de cytogénétique pour mieux documenter les cas de discordances entre le caryotype et le phénotype observé. Il est ainsi possible 1/ de mettre en évidence des anomalies cryptiques, 2/ de mieux caractériser les anomalies en précisant les points de cassure et en étudiant la région chromosomique concernée et 3/ d'éliminer la présence d'autres déséquilibres pouvant être à l'origine de l'altération du phénotype. Dans la 3ème partie de ce travail nous avons utilisé le modèle de la hernie diaphragmatique, malformation associée à diverses anomalies chromosomiques, et l'hypothèse "rétinoïdes", pour étudier ces corrélations génotype-phénotype. Une étude bibliographique nous a permis d'identifier de nombreux gènes candidats dans les régions chromosomiques remaniées de façon récurrente en cas de HDC et de discuter de leur possible implication dans la genèse des HDC. Nous avons parallèlement étudié l'expression de plusieurs acteurs du signal rétinoïque dans des fibroblastes cutanés de fœtus portreurs ou non de HDC. Dans le cadre de notre activité clinique, nous recherchons également grâce à diverses techniques moléculaires de cytogénétique, la présence de déséquilibres génomiques associés à ces HDC. La finalité de ces travaux est d'étayer l'hypothèse de l'implication des rétinoïdes dans la genèse des hernies diaphragmatiques et d'identifier de nouveaux gènes candidats.

Les prothèses diaphragmatiques en ePTFE utilisées dans la hernie diaphragmatique congénitale à large défect ont une faible étirabilité, ce qui entrainera des récidives herniaires au cours de la croissance de l’enfant. En effet, l’analyse en imagerie montre que la surface du diaphragme grandit de 4-5 fois jusqu’à l’adolescence. De plus, les mesures de rigidité des surfaces de prothèses explantés, montrent l’influence des contraintes mécaniques appliquées sur la structure des matrices extracellulaires néoformées. Afin de favoriser l’intégration tissulaire du ePTFE, nous avons testé un moyen de fonctionnaliser le ePTFE avec la polydopamine sur une seule face. Le revêtement nanoscopique favorise la colonisation cellulaire. Enfin, ce travail de thèse présente une méthode originale de réalisation d’une nouvelle membrane bicouche avec des propriétés mécaniques conformes aux exigences chirurgicales. Ce biomatériau innovant et prometteur fait actuellement l’objet d’une Déclaration d’invention. / Electron microscopy assessments of ePTFE prosthesis explants for diaphragmatic congenital hernia repair strongly suggest that the tissue responses are directly related to the surface microstructure of the biomaterial. AFM measurements (Young moduli) emphasize the influence of the mechanical stress applied to the implant on the mechanical properties of the newly formed extracellular matrices. In order to guide the host responses, we undertook to functionalize with polydopamine the ePTFE biomaterial. Electron microscopy investigations reveal the interest of that surface treatment regarding cell colonization of implant. To optimize that approach, we developed an original method aimed to coat only one face of the biomaterial. After determination of the growth rate of the diaphragm from birth to adolescence, we explored the possibility to design a new double-faced mesh able to follow body growth. From this point of view, the initial prototypes are promising and under patent application.

Le contrôle de la ventilation procède d’une interaction complexe entre des efférences centrales à destination des groupes musculaires ventilatoires et des afférences ventilatoires provenant de mécano et de chémorécepteurs. Cette commande de la ventilation s’adapte en permanence aux besoins ventilatoires. L’activation électrique du diaphragme (EAdi) informe sur la commande ventilatoire, la charge des muscles respiratoires, la synchronie patient-ventilateur et l’efficacité de la ventilation des patients de réanimation. L’utilisation inadaptée d’un mode deventilation spontanée avec une sur ou sous-assistance peut entrainer des dysfonctions diaphragmatiques, des lésions alvéolaires et des asynchronies. La première étude a permis de cibler l’assistance du mode NAVA en fonction de l’EAdi enregistrée lors d’un échec de test de sevrage. Nous avons observé une augmentation quotidienne de cette EAdi au cours du sevrage jusqu’à l’extubation. La deuxième étude a montré que cette augmentation n’est pas associée à une modification de l’efficacité neuro-ventilatoire lors du test de sevrage, possiblement en rapport avec l’inhibition d’une sédation résiduelle. La troisième étude a montré l’importance de l’inhibition de cette sédation résiduelle par midazolam sur l’EAdi et le volume courant au début du sevrage ainsi que la corrélation qui existe entre les deux. Une dernière étude a montré l’absence d’augmentation du volume courant sous NAVA chez des patients transplantés pulmonaires aux poumons dénervés sans réflexe de Herring Breuer par rapport à un groupe contrôle. Par ailleurs le volume courant sous NAVA était corrélé à la capacité pulmonaire totale. Ces études ont montré l’intérêt du monitorage l’EAdi dans le sevrage. / The control of breathing results from a complex interaction involving differentrespiratory centers, which feed signals to a central control mechanism that, in turn, provides outputto the effector muscles. Afferent inputs arising from chemo- and mechanoreceptors, related to thephysical status of the respiratory system and to the activation of the respiratory muscles, modulatepermanently the respiratory command to adapt ventilation to the needs. Diaphragm electricalactivation provides information about respiratory drive, respiratory muscle loading, patientventilatorsynchrony and efficiency of breathing in critically ill patients. The use of inappropriatelevel of assist during spontaneous breathing with over or under assist might be harmful withdiaphragmatic dysfunction, alveolar injury and asynchrony. The first study settled NAVA modeaccording to the EAdi recorded during a failed spontaneous breathing trial (SBT). An unexpecteddaily increase of EAdi has been found during SBT until extubation. The second study did not findany increase of the neuroventilatory efficiency during weaning, possibly because of residualsedation. A third study described the inhibition of residual sedation on EAdi and tidal volume at thebeginning of the weaning, and the correlation between them. The last study did not find anyincrease of tidal volume under NAVA after lung transplantation, with denervated lung withoutHerring Breuer reflex, compared to a control group. Moreover tidal volume under NAVA wascorrelated to total lung capacity. These studies highlight the interest of EAdi monitoring duringweaning.

Nous avons développé un nouveau ballonnet pour l'occlusion trachéale fœtale par endoscopie (FETO) qui permet une levée de l'occlusion facile, par contrôle externe et non-invasive. Ce ballonnet "Smart-TO" permet d'éviter les problèmes liés au rétablissement des voies aériennes. La solution technique est basée sur une valve magnétique dont l'ouverture est contrôlée par le champ de fuite d'une IRM. L'ouverture de la valve provoque la vidange du ballonnet, qui est ensuite expulsé par les sécrétions pulmonaires. Les tests d'imperméabilité, d'occlusion et de fonctionnement sont prometteurs. Une toute première expérimentation sur le modèle du singe a montré la bonne fonctionnalité et fonctionnement du ballonnet "Smart-TO". D'autres tests in vitro ainsi que d'autres tests animaux sont prévus. Un brevet a été déposé en 2016. Une analyse de risques préliminaire, une exploration des chemins réglementaires et une étude de marché ont été initiés mais sont encore en cours. / We developed a new balloon for Fetal Endoscopic Tracheal Occlusion (FETO) which allows an easy, remotely controlled, and non-invasive reversal occlusion. This "Smart-TO" balloon to overcome issues related to the airway reestablishment. The technology is based on a magnetic valve whose opening is actuated by the fringe field of an MRI scanner. The opeing of the valve induces the deflation of the balloon, which is then washed out by the fluid coming out from the lungs. The impermeability, occlusion and operation tests are promising. A very first experimentation on the monkey model showed appropriate functionality and operation of the "Smart-TO" balloon. Further in vitro and animal tests are planned. A patent has been filed in 2016. Preliminary risk analysis, regulatory routes exploration, and market study have been started but are still ongoing.

L’activité musculaire peut être caractérisée par la performance et un état de fatigue. Le muscle diaphragmatique est caractérisé par sa résistance à la fatigue, en faisant un témoin de capacité à l'autonomie respiratoire. Bien que cliniquement d'intérêt, la mesure de l'état de fatigue de ce muscle est difficile. Nous avons approché cette mesure en analysant les signaux de son activité électrique recueillis par contact. L'obtention des paramètres requière un traitement du signal. Nous avons développé les outils de recueil et de traitement de ce signal et les avons analysé pendant l'anesthésie. Le recueil a fait l'objet du développement d'une sonde multiélectrodes et des logiciels hardware et software de recueil du signal. L'analyse du signal a été l'objet de différentes méthodes mathématiques de débruitage temps réel sur des processeurs RISC-ARM, comparant des algorithmes de deux types d’ondelettes (MuRw, LiFw), et un filtre morphologique (MoFi), le choix portant finalement sur l'ondelette MuRw offrant le meilleur compromis en temps de calcul et en rapport signal sur bruit. L'évaluation clinique de sujets sains et de patients a montré la pertinence des paramètres fréquentiels de l'activité électrique MuRw du diaphragme comme représentants de son état de fatigue, en particulier par le rapport hautes sur basses fréquences obtenu par analyse spectrale / Muscular activity can be described in terms of performance and fatigue. Diaphragmatic muscle is charactarized by its resistance to fatigue, making of it a good representative of ventilatory autonomy. While of clinical interest, its measurement is difficult. We considered this measurement by analyzing the electrical diaphragmatic signal gathered from direct recordings. To be obtained, the parameters have to be filtered. We developped the tools to record as well as to filter the signal and have validated them in clinical settings during anesthesia and intensive care. A multielectrodes probe and the associated hardware and software were developped for the signal recording. The filtering which followed compared using differnt wavelet analysis algorithms (MuRw, LiFw), and a morphological filter (MoFi), through a RISC-ARM processor for a real-time measurement. MuRw was the best compromise for calcul duration and signal noise ratio. Clinical evaluation on patients and healthy volounteers demonstrated the pertinence of frequential parameters extracted from the filtered signal, particularly the High Low ratio obtained after spectral analysis

L’ajustement de la pression expiratoire positive (PEP) durant la ventilation est difficile faute de cibles objectives. Cet enjeu est important en pédiatrie, car les nourrissons sont à risque de dérecrutement alvéolaire du fait de la faible rigidité de leur cage thoracique. Pour prévenir cela, ils maintiennent activement leurs volumes pulmonaires en conservant une activité tonique diaphragmatique (Edi tonique) durant l’expiration. La détection d’une Edi tonique élevée est donc un outil potentiel pour titrer la PEP. L’étude présentée dans ce mémoire a permis de proposer une première définition de l’Edi tonique élevée aux soins intensifs pédiatriques, soit > 3,2 mcV chez les 0-1 an et > 1,9 mcV chez les 1-18ans. Cette définition permettra d’aider à identifier au chevet les patients effectuant des efforts de recrutement et ainsi de pouvoir réévaluer le niveau optimal de PEP. Nous avons également montré que des épisodes d’Edi tonique élevée surviennent chez 62% des patients en ventilation non-invasive et 31% des patients intubés. Ces épisodes sont associés avec la bronchiolite, la tachypnée, et, chez les patients en ventilation non-invasive, à une hypoxémie plus sévère. La majorité des patients ayant présenté des épisodes n’avaient pas de contreindications à l’augmentation de la PEP. Ceci porte à croire qu’une stratégie d’ajustement neural continu de la PEP pourrait être une avenue intéressante. Nous complétons donc présentement l’étude NeuroPAP2 visant à évaluer la faisabilité, la tolérance et l’impact du mode NeuroPAP, un mode de ventilation permettant un ajustement continu de la PEP en fonction de l’Edi. / The optimal adjustment of ventilatory settings at the bedside is a challenge and the lack of clear targets makes setting the PEEP (positive end expiratory pressure) especially difficult. This is an important issue in pediatrics, as infants are at increased risk for alveolar derecruitment because of high chest wall compliance. To prevent this, they tend to actively maintain end expiratory lung volumes using tonic diaphragmatic activity (tonic Edi) throughout expiration. In older children, tonic Edi can be reactivated in disease states. Tonic Edi monitoring is thus a potential tool to guide PEEP titration. This thesis addresses important knowledge gaps about tonic Edi in ventilated children. We propose age-specific definitions of elevated tonic Edi in PICU patients: > 3.2 mcV in 0-1 y.o. and > 1.9 mcV in 1-18 y.o. These definitions will aid bedside identification of patient lung recruitment efforts and can prompt reassessment of optimal PEEP. We have also established that episodes of high tonic Edi are frequent in ventilated children (31% of intubated patients and 62% of patients on non-invasive ventilation). Those episodes are associated with bronchiolitis, tachypnea, and, in NIV patients, more severe hypoxemia. The majority of patients with those episodes have no contraindications to increased PEEP. These results make continuous neural adjustment of PEEP an interesting avenue. We are thus now completing this research program with a study to evaluate the feasibility, tolerance and impact of NeuroPAP, a new ventilatory mode allowing continuous neural adjustment of PEEP based on tonic Edi.

Introduction : Les nourrissons, vu la grande compliance de leur cage thoracique, doivent maintenir activement leur volume pulmonaire de fin d’expiration (VPFE). Ceci se fait par interruption précoce de l’expiration, et par le freinage expiratoire au niveau laryngé et par la persistance de la contraction des muscles inspiratoires. Chez les nourrissons ventilés mécaniquement, notre équipe a montré que le diaphragme est activé jusqu’à la fin de l’expiration (activité tonique). Il n’est pas clair si cette activité tonique diaphragmatique compense pour l’absence de freinage laryngé liée à l’intubation endotrachéale. Objectif : Notre objectif est de déterminer si l’activité tonique diaphragmatique persiste après l’extubation chez les nourrissons et si elle peut être observée chez les enfants plus âgés. Méthode : Ceci est une étude observationnelle longitudinale prospective de patients âgés de 1 semaine à 18 ans admis aux soins intensifs pédiatriques (SIP), ventilés mécaniquement pour >24 heures et avec consentement parental. L’activité électrique du diaphragme (AEdi) a été enregistrée à l’aide d’une sonde nasogastrique spécifique à 4 moments durant le séjour aux SIP : en phase aigüe, pré et post-extubation et au congé. L’AEdi a été analysée de façon semi-automatique. L’AEdi tonique a été définie comme l’AEdi durant le dernier quartile de l’expiration. Résultats : 55 patients avec un âge médian de 10 mois (écart interquartile: 1-48) ont été étudiés. Chez les nourrissons (<1an, n=28), l’AEdi tonique en pourcentage de l’activité inspiratoire était de 48% (30-56) en phase aigüe, 38% (25-44) pré-extubation, 28% (17-42) post-extubation et 33% (22-43) au congé des SIP (p<0.05, ANOVA, avec différence significative entre enregistrements 1 et 3-4). Aucun changement significatif n’a été observé pré et post-extubation. L’AEdi tonique chez les patients plus âgés (>1an, n=27) était négligeable en phases de respiration normale (0.6mcv). Par contre, une AEdi tonique significative (>1mcv et >10%) a été observée à au moins un moment durant le séjour de 10 (37%) patients. La bronchiolite est le seul facteur indépendant associé à l’activité tonique diaphragmatique. Conclusion : Chez les nourrissons, l’AEdi tonique persiste après l’extubation et elle peut être réactivée dans certaines situations pathologiques chez les enfants plus âgés. Elle semble être un indicateur de l’effort du patient pour maintenir son VPFE. D’autres études devraient être menées afin de déterminer si la surveillance de l’AEdi tonique pourrait faciliter la détection de situations de ventilation inappropriée. / Background: Infants have to actively maintain their end expiratory lung volume (EELV) due to their high rib cage compliance. Mechanisms such as high respiratory rate, short expiratory time and laryngeal braking are implicated. In mechanically ventilated infants, the diaphragm stays activated until the end of expiration (tonic activity), contributing to EELV maintenance. It is unclear whether tonic activity compensates for the lack of laryngeal braking due to intubation or if it is normally present. Objective: To determine if tonic diaphragm activity remains after extubation in infants, and if it can be observed in older children. Methods: Prospective observational study of pediatric patients 1 week to 18 years-old ventilated for >24 hr with parental consent. Diaphragm electrical activity (EAdi) was recorded using a specific nasogastric catheter during four periods: (i) the acute phase, (ii) pre-extubation, (iii) postextubation, and (iv) at PICU discharge. EADi was analyzed in a semi-automatic manner. Tonic EAdi was defined as the EAdi in the last quartile of expiration. Results: Fifty-five patients, median age 10 months (Interquartile range: 1–48) were studied. In infants (<1 year, n=28), tonic EAdi as a percentage of inspiratory activity was 48% (30-56) in acute phase, 38% (25-44) pre-extubation, 28% (17-42) post-extubation et 33% (22-43) at PICU discharge (p<0.05, ANOVA, with statistically significant difference between recordings 1 and 3-4). No significant change was observed between pre- and post-extubation periods. In older patients (n=27), tonic activity was negligible as a whole (0.6mcv). However, significant tonic EAdi (>1mcv and >10%) was observed in 10 patients (37%). Bronchiolitis was the only independent factor associated with tonic EAdi. Conclusions: In infants, tonic EAdi remains involved in ventilatory control after extubation and restoration of laryngeal braking. Tonic EAdi can be reactivated in older patients. The interest of tonic EAdi as a tool to titrate mechanical ventilation warrants further evaluation.