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La fonction du ventricule droit est un déterminant majeur de la capacité fonctionnelle et du pronostic dans l’hypertension pulmonaire. La survenue dans ce contexte d’une insuffisance cardiaque droite requérant un support inotrope est associée à un taux de mortalité supérieur à 40%. Les déterminants cellulaires et moléculaires du découplage entre le coeur droit et la circulation artérielle pulmonaire sont méconnus, d’autant qu’il existe une grande hétérogénéité fonctionnelle parmi les patients soumis au même niveau de résistances vasculaires pulmonaires.Dans une première étude expérimentale, nous avons mis évidence à partir d’un modèle porcin d’hypertension pulmonaire chronique que les indices fonctionnels systoliques du ventricule droit mesurés en échocardiographie sont davantage corrélés au couplage ventriculo-artériel qu’à la performance contractile propre du ventricule droit. La réponse du ventricule droit à l’exercice ou à un stress pharmacologique a été peu documentée jusqu’à présent dans l’hypertension pulmonaire. Apartir de notre modèle porcin, nous avons montré que l’altération de la réserve contractile du ventricule droit est fortement associée au découplage ventriculo-artériel. La réserve contractile pourrait être un marqueur sensible et précoce de dysfonction ventriculaire droite. Dans une troisième étude, nous montrons la relation forte entre le couplage ventriculo-artériel et la plasticitéhémodynamique, fonctionnelle et moléculaire du ventricule droit dans un contexte de surcharge de pression chronique. Les variations d’expression de l’isoforme β de la chaîne légère de la myosine cardiaque pourraient déterminer l’efficacité du travail cardiaque droit. Nous avons par ailleurs constaté expérimentalement chez le rat que le remodelage géométrique et fonctionnel du ventricule droit en condition de surcharge barométrique chronique est associé à une infiltration macrophagique dumuscle cardiaque droit.Nos résultats physiopathologiques pourraient permettre une meilleure stratification des patients souffrant d’hypertension pulmonaire chronique. Ces mécanismes pourraient par ailleurs constituer autant de cibles thérapeutiques pour optimiser la fonction cardiaque droite lorsque la postcharge du ventricule droit n’est pas complètement corrigée, d’autant que les thérapies vaso-actives pulmonaires usuelles auraient des effets directs controversés sur le remodelage du ventricule droit. / Right ventricular function is a major determinant of functional capacity and prognosis in pulmonary hypertension. Right heart failure related to pulmonary hypertension is associated with a mortality rate up to 40% when inotrope support is necessary. Cellular and molecular determinants of right ventricular-pulmonary arterial coupling are misunderstood, while a wide functional range is remarkable among patients sharing the same degree of pulmonary vascular resistance.In a first experimental study, we showed from a porcine model of chronic pulmonary hypertension that usual non-invasive indices of right ventricular function are rather associated with ventricular-arterial coupling than with contractility. Right ventricular response to exercise or to pharmacological stress has been poorly reported in pulmonary hypertension. In our piglet model, we showed that impairment of right ventricular contractile reserve is strongly associated with ventricular-arterial uncoupling. Rightventricular reserve might be a sensitive marker of early ventricular dysfunction. In a third study, we highlighted that a strong relationship between ventricular-arterial coupling and functional and molecular plasticity of the pressure overloaded right ventricle. Gene expression of the beta-myosin heavy chain may be related to right heart efficiency. We also oberved experimentally in rats that structural and functional remodeling of the pressure overloaded right ventricle is associated withmacrophagic infiltration in the myocardium.Our pathophysiologic results could improve patient’s stratification in chronic pulmonary hypertension.These mechanisms may represent innovative targeted therapies to improve right ventricular function despite persistent elevated afterload.

L’hypertension pulmonaire (HP) est définie par une élévation de la pression artérielle pulmonaire moyenne (PAPm) au-delà de 25 mm de mercure (Hg) au repos en raison de l’augmentation progressive et soutenue des résistances vasculaires pulmonaires, menant à l'insuffisance cardiaque droite. La dysfonction endothéliale pulmonaire associée à l'HTAP est maintenant considérée comme un mécanisme pathogénique clé qui pourrait être préjudiciable à la fois pour la susceptibilité et le développement du remodelage vasculaire pulmonaire. Au niveau des cellules endothéliales (CE), la fixation du facteur inhibiteur de la migration des macrophages (MIF), un des plus anciens médiateurs immunologiques connus, sur le CD74 va initier une cascade de signalisation intracellulaire clef pour la prolifération, la survie cellulaire et la production de différents facteurs inflammatoires. C’est pourquoi, ces travaux de doctorat ont visés à : 1) Etudier l’importance de la voie MIF/CD74 dans l'acquisition/maintien d’un phénotype pro-inflammatoire des CE pulmonaires dans l'HTAP ; 2) Tester l’efficacité de nouveaux antagonistes de MIF, synthétisés et brevetés par la société MIFCARE, contre ce phénotype endothélial et le développement d’HP expérimentales.Nos données mettent en lumière le rôle critique de la voie MIF/CD74 pour le phénotype aberrant des CE pulmonaires HTAP et soulignent son importance comme nouvelle cible thérapeutique prometteuse pour lutter contre le remodelage vasculaire pulmonaire. Cette meilleure compréhension du rôle de la voie MIF/CD74 dans le phénotype endothélial aberrant, nous a permis l’identification d’une nouvelle molécule à forte affinité, administrable par voie orale, capable de ralentir la progression d’HP expérimentales (brevet européen en soumission). Cependant, des études plus poussées, en cours de réalisation, sont encore nécessaires avant de pouvoir transférer ces connaissances vers une utilisation clinique de ces nouveaux candidats « médicaments ». / Pulmonary arterial hypertension (PAH) is a severe progressive cardiopulmonary disorder characterized by vascular proliferation and remodeling of the small pulmonary arteries. These can lead to a progressive increase in pulmonary vascular resistance and ultimately to right ventricular failure and death. Pulmonary endothelial dysfunction and pro-inflammatory phenotype associated with PAH are now considered as a key pathogenic mechanism that could be detrimental to both the susceptibility and development of the pulmonary vascular remodeling.In pulmonary endothelial cells (EC), the binding of the immune mediator MIF (Macrophage Migration Inhibitory Factor), to its receptor CD74 initiates an intracellular signaling cascade leading to cell proliferation, cell survival and the secretion of various inflammatory mediators. Therefore, the present work seeks to: (1) Determine the importance of the MIF/CD74 signaling pathway in the acquisition of an abnormal pro-inflammatory EC phenotype in PAH; (2) Test the efficacies of MIF inhibitors, synthesized and patented by MIFCARE, on this abnormal pro-inflammatory EC phenotype and on the development of experimental pulmonary hypertension (PH).Our data highlight the critical role of the MIF/CD74 axis in the endothelial dysfunction and pro-inflammatory phenotype of pulmonary EC in PAH. In addition, our data emphasize its importance as a promising new therapeutic target to prevent the pulmonary vascular remodeling associated to this disorder. Furthermore, we were successful in identifying an agent from a novel class of MIF antagonists optimized for in vivo use that have the ability to partially reverse established PH in rats and to partially inhibit the pro-inflammatory EC phenotype observed in PAH.Collectively, we demonstrated the importance of the MIF/CD74 axis and that its inhibition with MIF antagonist agents could represent a promising strategy for the treatment of PAH (under patent). However, further studies are still needed before transferring this knowledge to clinical use of these new candidates.

La circulation pulmonaire est un système à faible pression (entre 10 et 15 mmHg au repos). Son principal rôle est la ré-oxygénation du sang qui permet l’apport aux organes du dioxygène nécessaire à leur fonctionnement. L’hyperTension Pulmonaire (HTP) est l’une de ses principales pathologies. Il s’agit d’une maladie rare engageant le pronostic vital du patient, définie par une pression artérielle pulmonaire moyenne supérieure ou égale à 25 mmHg au repos. Elle s’explique par une augmentation des résistances vasculaires pulmonaires liée, entre autres, au remodelage artériel présent dans cette pathologie participant à la diminution de la lumière artérielle. En effet, chez les patients atteint d’HTP, les trois tuniques formant l’artère (intima-media-adventice) voient leur structure se modifier. La plupart des travaux portent sur le remodelage de la media, mais de plus en plus d’études montrent que les premières altérations observées se situent au niveau de l’adventice. Plus précisément, les fibroblastes, les cellules majoritaires de cette tunique, agiraient comme régulateur clé de la fonction vasculaire pulmonaire. En réponse à un stress extérieur tel que l’hypoxie (à l’origine de certaines formes d'HTP), elles seraient les premières cellules à s’activer d'où leur dénomination par certains de « cellules sentinelles ». Cette activation se manifeste entre autres par des changements phénotypiques (différenciation en myofibroblastes), leur prolifération, leur migration, et la surproduction de protéines de la matrice extracellulaire. Ainsi les fibroblastes participent directement au remodelage artériel global observé dans l’HTP. Le calcium est connu pour réguler un grand nombre de voies de signalisation cellulaire impliquées dans les phénomènes précédemment cités. Au laboratoire, l’implication du canal TRPV4 (Transient Receptor Potential Vanilloid 4), un canal non sélectif perméable aux ions Ca2+, a déjà été montré concernant le remodelage de la media. L’activation du canal, amplifiée en situations pathologiques, participe à la migration et à la prolifération des cellules musculaires lisses des artères pulmonaires. Aussi, des données de la littérature montrent que TRPV4 joue un rôle important dans l’activité délétère des fibroblastes dans les sclérodermies, les fibroses pulmonaire et cardiaque. Il nous a donc semblé intéressant d’étudier l’implication des fibroblastes et du canal TRPV4 dans le remodelage adventitiel artériel lors de l’hypertension pulmonaire. Pour ce faire, nous nous sommes intéressés, dans une première partie, à l’implication du canal TRPV4 dans ce remodelage au niveau tissulaire. Nous avons ainsi montré, à l’aide de deux modèles animaux hypertendus, un induit par l’injection de monocrotaline et l’autre induit par une exposition hypoxique chronique, que la protéine TRPV4 est surexprimée dans l’adventice alors que son remodelage est significativement atténué chez des souris invalidées pour le gène trpv4. Dans un second temps, nous avons alors étudié le rôle de ce canal dans les réponses cellulaires impliquées dans le remodelage adventitiel. Pour cela nous avons mis au point la culture de fibroblastes d'adventice d'artères intrapulmonaires de rats. Puis par une approche pharmacologique (activateurs et bloqueurs du canal) et à l’aide de siRNA, nous avons montré que l’activation du canal TRPV4 favorise la prolifération (par incorporation de BrdU) et la migration (par test de brèche) des fibroblastes, ainsi que leur activité profibrotique avec la surproduction de matrice extracellulaire (MEC) (par quantification de l’expression protéique par Western blot). Il serait désormais intéressant de cultiver les fibroblastes en mimant in vitro les conditions pathologiques, en les plaçant dans un environnement hypoxique et/ou en les soumettant à un étirement chronique, et d’évaluer l’impact de l’HTP sur le canal et ses actions cellulaires. / Pulmonary circulation is a low pressure system (between 10 and 15 mmHg at rest). Its first role is blood oxygenation which allows to carry dioxygen to the organs fontionnality. Pulmonary Hypertension (PH) is one of the main pulmonary diseases. It is a rare and potentially fatal disorder, defined by a high arterial pulmonary mean pressure (greater than or equal to 25 mmHg at rest). This high pressure can be explained by the elevation of pulmonary arterial resistance and related to narrowing of the lumen of the artery, induced, among other, by the arterial remodeling in this pathology. Indeed, during the pathology implementation, the structure of the all three layers constituting the artery wall (intima-media-adventitia) is altered. The media and intima have received much attention from vascular biologists, howewer an increasing volume of experimental data indicates that this third compartment undergoes earlier and dramatic remodeling during PH. More specifically, the fibroblasts, the most abundant cells in adventitia, may act as key regulator of pulmonary vascular wall structure and function from the "outside-in". The fibroblasts may play the role of “sentinel cell” in the vessel wall. In responding to various stimuli, these cells are the first artery wall cells to show evidence of “activation” as proliferation, myofibroblast differenciation, migrationand invasion in the other wall layer, and extracellular matrix production. That way, fibroblasts participate directly to the overall artery remodeling observed in PH. Calcium is involved in numerous cellular signalling pathways such as those previously described. In the laboratory, we already proved that TRPV4 (Transient Receptor Potential Vanilloid) channel, a non-selective cationic channel calcium permeable, is involved in media remodeling. Moreover, several datas show that this channel play an important role in diseases in which we observe a negative role of fibroblast such as sclerodermia, cardiac and pulmonary fibrosis. Considering these results, we were interested in the role of TRPV4 in fibroblast during PH more precisely in the adventitial remodeling process observed in this pathology. We first demonstrated the involment of TRPV4 in the adventitia remodeling regarding the tissue. Using two different animal models of PH, chronic hypoxia and monocrotalin models, we identified that this protein was up-regulated in sick rats and the mouse knock-down for this gene developed attenuated PH and adventitia remodeling compare to the control. Then we studied the role of TRPV4 in the mechanism leading to the adventitia remodeling. Thanks to pharmacological molecule and siRNA we proved that activation of TRPV4 increased proliferation (BrdU assay), migration (wound assay) and fibrotic activity such as excessed production of extracellular matrix (using western blot analyse) of the fibroblasts. With all these results, it would be interested to culture fibroblasts in hypoxic conditions and/or subjecting themselves to chronicle stretch to imitate HTP pathology and evaluate TRPV4 role in these conditions

La voie RhoA/Rho-kinases (ROCK) joue un rôle important dans la physiopathologie de l’hypertension pulmonaire (HTP) par son implication dans le dysfonctionnement endothélial, la constriction et le remodelage des vaisseaux pulmonaires. Selon les classifications internationales, la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) et la pneumopathie infiltrante diffuse (PID) sont deux causes fréquentes d’HTP ayant en commun plusieurs mécanismes physiopathologiques dont le dysfonctionnement endothélial, le remodelage vasculaire et la fibrose parenchymateuse. Les objectifs de ce travail étaient d’étudier le rôle de la voie RhoA/ROCK dans la physiopathologie de la BPCO et de la PID avec ou sans HTP et de préciser les anomalies moléculaires liées à la perturbation de la signalisation de cette voie dans chacune de ces situations.Le dysfonctionnement endothélial est un événement essentiel dans l’initiation et la progression de la BPCO. L’activation de la voie RhoA/ROCK dans le dysfonctionnement endothélial systémique et pulmonaire a été mise en évidence chez les tabagiques avec ou sans BPCO. Les résultats de notre première étude montrent l’existence d’une activation de la voie RhoA/ROCK au niveau des artères pulmonaires chez les patients BPCO ayant un dysfonctionnement endothélial, et une corrélation entre l’activité de la RhoA et l’expression génique et l’activité de la NO synthase endothéliale (NOS-3).L’HTP est une complication grave des PID. Nous avons montré dans notre deuxième étude l’implication de la voie RhoA/ROCK dans la réponse inflammatoire et la fibrose pulmonaire (FP) dans un modèle murin de PID induite par injection intratrachéale de bléomycine (BLM). Nous avons ensuite testé l’effet préventif du fasudil, un inhibiteur des ROCK, sur l’apparition de la FP et l’HTP expérimentales induites par la BLM. Les résultats de cette deuxième étude montrent que la FP et l’HTP sont associées à une activation de la voie RhoA/ROCK dans ce modèle murin et que le fasudil inhibe la réponse inflammatoire, la FP et l’HTP, via l’inhibition de la phosphorylation de Smad2/3 de la voie de signalisation par le TGF-β1.La FP et l’HTP représentent deux causes principales de mortalité liée à la sclérodermie systémique (ScS). Nous avons étudié le rôle de la voie RhoA/ROCK dans la physiopathologie de la fibrose cutanée et l’atteinte pulmonaire dans un modèle murin de ScS induite par injection intradermique d’acide hypochloreux (HOCl). Les résultats de cette troisième étude montrent l’association entre la fibrose cutanée induite par l’HOCl et l’activation de la voie RhoA/ROCK au niveau de la peau, et l’effet préventif du fasudil sur la fibrose cutanée et pulmonaire, en partie via l’inhibition de la phosphorylation de Smad2/3 et de l’activation des protéines ERK1/2. Ces résultats suggèrent l’implication de la voie RhoA/ROCK dans la physiopathologie de la BPCO et de la PID avec ou sans HTP. La voie RhoA/ROCK pourrait de ce fait représenter une nouvelle cible thérapeutique dans la BPCO et la PID avec ou sans HTP.Mots-clés : RhoA, Rho-kinases, fasudil, BPCO, fibrose pulmonaire, hypertension pulmonaire. / The RhoA/Rho-kinases (ROCK) pathway plays a pivotal role in the pathophysiology of pulmonary hypertension (PH) as its abnormal activation leads to endothelial dysfunction, sustained vasoconstriction and pulmonary vascular remodeling. According to the international classification of PH, chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and interstitial lung disease (ILD) represent two main causes of PH associated with chronic respiratory diseases. These two causes have in common major pathophysiological mechanisms such as endothelial dysfunction, vascular remodeling and interstitial fibrosis. The aims of the present study were to investigate the role of the RhoA/ROCK pathway in the pathophysiology of lung vascular and interstitial injuries in COPD and ILD with or without development of PH, and to study the molecular mechanisms associated with regulation of the RhoA/ROCK pathway in each of these situations.The pulmonary endothelial dysfunction is an essential event in the initiation and progression of COPD. Although the role of the RhoA/Rho-kinase pathway in pulmonary endothelial dysfunction has been demonstrated in smokers with normal lung function, little is known about its role in patients with COPD. The results of our first study demonstrated an increase in RhoA and ROCK activity in pulmonary arteries of patients with COPD, simultaneously with an altered pulmonary endothelial-dependent vasodilation. The increased RhoA activity in patients with COPD was correlated with an impairment of the gene expression and activity of endothelial NO synthase (eNOS).PH associated with pulmonary fibrosis (PF) considerably worsens prognosis of ILD. The results of our second study showed an activation of the RhoA/ROCK pathway in lung tissues of mice intoxicated by intratracheal instillation of bleomycin (BLM). BLM induced severe PF and PH in mice, associated with an increased RhoA and ROCK activity in the lung. We further demonstrated that long-term treatment with fasudil, a selective ROCK inhibitor, reduced BLM-induced lung inflammation, lung fibrosis and PH in mice, at least in part, via inhibition of Smad2/3 phosphorylation in TGF-β1 signaling.PF and PH represent two leading causes of death in patients with systemic sclerosis (SSc). In our third study, we investigated the role of the RhoA/ROCK pathway in the pathophysiology of skin fibrosis and lung injuries in a murine model of SSc induced by intradermal injection of hypochlorous acid (HOCl). We demonstrated that HOCl-induced skin fibrosis was associated with an activation of the RhoA/ROCK pathway in the fibrotic skin, and that long-term treatment with fasudil reduced both skin and lung fibrosis through inhibition of the phosphorylation of Smad2/3 and ERK1/2 in the fibrotic skin.These results suggest the implications of the RhoA/ROCK pathway in the pathophysiology of lung vascular and interstitial injuries in COPD and ILD with and without development of PH. The RhoA/ROCK pathway might be a promising therapeutic target for patients with COPD or ILD with and without PH.

Résumé français manquant / Résumé anglais manquant

L’hypertension pulmonaire (HTP) est la principale pathologie de la circulation pulmonaire et a un très mauvais pronostic. Elle se caractérise par une hyperréactivité et un remodelage des petites artères pulmonaires (AP) entraînant une augmentation progressive des résistances vasculaires pulmonaires, qui, ultimement, aboutit à une insuffisance cardiaque droite et au décès du patient. Il est admit que le calcium joue un rôle très important aussi bien dans les mécanismes de remodelage que dans l’hyperréactivité des AP observés dans l’HTP. Dans le présent travail, nous avons étudié l’expression et le rôle d’une famille particulière de canaux calciques, les TRPV, dans les AP de rats contrôles (normoxiques) et souffrant d’hypertension pulmonaire (rats hypoxiques chroniques et traités à la monocrotaline). Nous montrons que (1) les canaux TRPV1, V2 et V4 sont exprimés dans les AP et que cette expression est augmentée au cours de l’HTP ; (2) la stimulation de ces canaux par des agonistes spécifiques induit une augmentation de la concentration calcique intracellulaire dans les cellules musculaires lisses (CML) ; (3) le récepteur à la ryanodine de type 2 (RRy 2) du réticulum sarcoplasmique est impliqué dans la voie de signalisation dépendante de TRPV4 et que son expression est également augmentée au cours de l’HTP ; (4) les canaux TRPV1 et TRPV4 sont impliqués dans la migration des CML, processus fondamental du remodelage ; (5) les contractions induites par l’activation de TRPV2 et TRPV4 dans les AP de rats hypertendus sont significativement diminuées par la streptomycine, un inhibiteur des canaux SAC (stretch activated channels). Ce travail démontre donc l’implication des canaux TRPV à la fois dans l’hyperréactivté et le remodelage des AP. De nouveaux traitements ciblant les canaux TRPV pourraient constituer une approche thérapeutique innovante de l’hypertension pulmonaire. / Pulmonary hypertension (PH)) is the primary pathology of the pulmonary circulation and has a very bad prognostic. This disease is characterized by a hyperreactivity and remodelling of small pulmonary arteries (PA) leading to a progressive increase in pulmonary vascular resistance which ultimately leads to right heart failure and death of the patient. It is admitted that calcium plays an important role both in the mechanisms of remodelling and in the hyperresponsiveness of PA observed in PH. In the present work, we studied the expression and the role of a particular family of calcium channels, TRPV channels, in PA from control rats (normoxic) and pulmonary hypertensive rats (chronically hypoxic and monocrotaline-treated rats). We show that (1) TRPV1, V2 and V4 channels are expressed in the PA and that their expression are increased in PH; (2) stimulation of these channels by specific agonists induces an increase in the intracellular calcium concentration in smooth muscle cells (SMC), (3) the ryanodine receptor type 2 (RRy2) of the sarcoplasmic reticulum is involved in the TRPV4-dependent signaling pathway and its expression is also increased in PH, (4) TRPV1 and TRPV4 channels are involved in the migration of SMC, the fundamental process of remodelling, (5) contractions induced by activation of TRPV2 and TRPV4 in the PA from hypertensive rats are significantly decreased by streptomycine, an inhibitor of stretch activated channels (SAC). This work thus demonstrates the involvement of TRPV channels in both the hyperreactivity and remodelling of PA. New treatments targeting TRPV channels could be an innovative therapeutic approach for pulmonary hypertension.

L’insuffisance cardiaque droite est la première cause de morbi-mortalité chez les patients atteints d’hypertension pulmonaire. Améliorer le phénotypage de l’adaptation du coeur droit en imagerie non-invasive est essentiel afin de mieux comprendre les mécanismes favorisant la transition d’un état adapté à un état maladapté.Le premier chapitre a démontré la fiabilité de l’échographie cardiaque pour la détection de l’hypertension pulmonaire, fournissant des conseils méthodologiques pratiques.Le second chapitre a permis d’identifier les indices télé-systoliques de remodelage du ventricule droit comme les plus puissants paramètres pronostiques en imagerie chez les patients atteints d’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP), en association avec la classe NYHA et le taux de NT-proBNP.Le troisième chapitre est dédié à l’étude des biomarqueurs immunitaires en hypertension pulmonaire, en mettant en utilisant la méthode de phénotypage approfondi du coeur droit pour déterminer le profile circulant protéomique associé à la défaillance droite chez les patiens atteints d’HTAP. Cette étude a permis de montrer que des taux élevés plasmatiques d’hepatic growth factor, de nerve grwoth factor et de stem cell growth factor beta sont associés à la défaillance droite dans deux cohortes d’HTAP. Le rôle direct de ces biomarqueurs dans le ventricule droit reste à être élucidé. / Right heart failure is the major cause of morbi-mortality in patients with pulmonary hypertension (PH). Improving right heart adaptive phenotyping using non-invasive imaging is needed in order to better understand the transition from right ventricular (RV) adaptation to maladaptation in PH.The first chapter of this thesis has been dedicated to demonstrate the reliability of echocardiography to detect PH in patients with group 1 or 3 PH, providing methodology pearls and pitfalls.The second chapter has enabled to identify, among the multiple right heart non-invasive imaging metrics, RV end-systolic remodeling indices as the strongest prognostic biomarkers in patients with pulmonary arterial hypertension (PAH), combined with the NYHA class and NT-proBNP levels.The third chapter has explored the role of immune biomarkers in PH, providing a practical application of right heart deep phenotyping to determine the circulating immune proteomic profile associated with right heart failure in patients with PAH. This screening proteomics study has identified high plasmatic levels of hepatic growth factor, nerve growth factor and stem cell growth factor beta to be associated with right heart maladaptation in two cohorts with PAH. The role of these biomarkers within the right ventricle itself remains to be fully explored.

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

Les maladies valvulaires mitrales induisent une surcharge de pression ou de volume dans l’oreillette. L’augmentation de la pression auriculaire initie alors des complications secondaires, telles que l’hypertension artérielle pulmonaire, la fibrillation auriculaire et la thromboembolie. Les objectifs du remplacement valvulaire mitral sont donc d’améliorer l’hémodynamie de la valve, mais aussi de normaliser les pathologies secondaires. Ces objectifs ne sont pas nécessairement atteints chez tous les patients. Parfois, ils ne le sont que partiellement. L’objectif général de cette thèse est de mieux comprendre les interactions complexes entre le substitut valvulaire, les écoulements intra-auriculaires et la circulation pulmonaire. Nous avons donc développé un nouveau simulateur expérimental atrio-ventriculaire capable d’estimer ces interactions. Il est basé sur le respect du synchronisme entre les contractions et relaxations des deux cavités cardiaques, modélisées par deux moules en silicone. Deux pompes, asservies par un contrôleur temps réel, autorisent une double activation rigide et synchronisée, et la maîtrise des volumes des moules de l’oreillette et du ventricule. Un modèle Windkessel simule la circulation pulmonaire et une troisième pompe l’éjection du ventricule droit. Les courbes pression-volume des cavités et les impédances aortique et pulmonaire mesurées sur le simulateur sont totalement physiologiques, excepté l’amplitude de la pression auriculaire qui demeure encore trop élevée. La forme du moule de l’oreillette, totalement anatomique et comprenant quatre veines pulmonaires et l’appendice auriculaire gauche, permet une organisation de l’écoulement intra-auriculaire très proche de celle observée in-vivo. La visualisation de ces écoulements est réalisée par vélocimétrie par images de particules trois composantes et multi-plans, associée à une méthode de masquage automatique des régions d’intérêt. Nous avons étudié, par une approche numérique, l’impact de la disproportion patient-prothèse en position mitrale sur les pressions auriculaire gauche et artérielle pulmonaire. Le modèle numérique a permis de valider les seuils d’aire valvulaire effective indexée utilisés en clinique pour estimer la présence et la sévérité de la disproportion patient-prothèse. Par ailleurs, nous avons démontré au moyen du simulateur atrio-ventriculaire que l’aire valvulaire effective d’une prothèse mitrale varie de l’ordre de 30% durant la diastole, ce qui remet en cause l’hypothèse selon laquelle cette variable ne change pas durant cette période. Enfin, nous avons mis en évidence l’impact positif de la régurgitation d’une prothèse mécanique sur la thrombogénèse, similairement à l’insuffisance mitrale, au détriment d’une augmentation de la pression artérielle pulmonaire. Les nouvelles connaissances et le nouvel outil expérimental présentés dans cette thèse pourraient être utilisés, à l’avenir, pour améliorer les prothèses valvulaires mitrales et développer des stratégies visant à optimiser les résultats du remplacement valvulaire mitral. / Mitral valve diseases induce left atrial pressure or volume overload. The resulting increase of left atrial pressure, in turn, leads to secondary abnormalities, such as pulmonary arterial hypertension, atrial fibrillation and thromboembolism. Therefore, the main goals of mitral valve replacement are to restore the valvular hemodynamics and to normalize the secondary abnormalities. The general objective of this thesis is to better understand the complex interactions between the valve substitute, the intra-atrial flow patterns, and the pulmonary circulation. We, therefore, developed a new in-vitro pulsed atrio-ventricular mock circulatory system to investigate these interactions. The setup is based on the perfect synchronization between the contractions and relaxations of the two cardiac cavities, which are mimicked by two silicone moulds. Two pumps, real time servo-controlled, allow the double rigid and synchronized activations of the moulds, and the control of left atrial and left ventricular volumes. A Windkessel model is used as the pulmonary circulation and a third pump mimick the right ventricular ejection. Pressure-volume curves of the cardiac cavities and aortic and pulmonary impedances, measured in-vitro, are totally concordant with the cardiac physiology, except the amplitude of the left atrial pressure which remains too elevated. The anatomical shape of the left atrial mould includes the four pulmonary veins and the left atrial appendage. This realistic geometry allows flow patterns very closed to those observed in-vivo. Their visualization is performed using multi-planes three components particle image velocimetry, associated with an automatic mask generation. Using a numerical approach, we investigated the impact of mitral prosthesis-patient mismatch on left atrial and pulmonary arterial pressures. The numerical model was used to validate the cut-off values of indexed effective orifice areas generally used to define the presence and the severity of prosthesis-patient mismatch in the clinical setting. With the use of the mock circulatory system, we showed that the effective orifice area of mitral prostheses may exhibit variations of ±30% during diastole, which contradicts the previous hypothesis stating that this variable remains constant during this period. Finally, we described the positive impact of the mechanical mitral prosthetic valve regurgitation on thrombogenesis, similarly to mitral insufficiency, to the expense of an increase of the pulmonary arterial pressure. The new knowledge and the new experimental setup presented in this thesis may prove to be useful to optimize the design of mitral prosthetic valves and the performance of mitral valve replacement.