Le Syndrome d'Apnées Obstructives du Sommeil (SAOS) est défini par la survenue durant le sommeil d'épisodes fréquents d'obstruction complète ou partielle des voies aériennes supérieures, responsables d'apnées/hypopnées. L'hypoxie intermittente (HI) qui en résulte est responsable, à long terme, d'une augmentation de la morbi-mortalité cardiovasculaire (CV) dans un contexte de forte prévalence de syndrome métabolique, d'obésité et d'insulinorésistance. Certains patients SAOS obèses présentent une hypoventilation/hypercapnie, caractérisant le syndrome d'obésité hypoventilation (SOH) dont la morbi-mortalité CV est encore plus sévère que le SAOS seul. Le stress oxydant, l'inflammation de bas grade et la dérégulation du métabolisme glucido-lipidique et hormonal sont parmi les mécanismes clés responsables de la dysfonction endothéliale et in fine de l'augmentation du risque CV chez ces patients. Cependant, si ces mécanismes délétères sont démontrés par de nombreuses études fondamentales, leur mise en évidence en clinique est moins évidente, notamment du fait des multiples facteurs de co-morbidité. La première partie clinico-biologique de ce travail a été consacrée à la mise en évidence, chez des patients porteurs d'un SAOS ou d'un SOH, des déséquilibres métaboliques et hormonaux impliquant le stress oxydant, en lien avec la sévérité de ces syndromes et leurs conséquences CV. Nous avons ainsi montré chez des patients SOH les plus sévères une altération de la fonction somatotrope proportionnelle à la dysfonction respiratoire et à l'hypertriglycéridémie. Nous avons ensuite mis en évidence, chez des patients SAOS non obèses, l'implication du stress oxydant lipidique dans l'athérosclérose précoce associée à la sévérité du SAOS. Enfin, nous nous sommes intéressés à l'homocystéinémie, facteur de risque cardio-vasculaire connu, chez des patients porteurs d'un syndrome métabolique présentant ou non un SAOS. Nous avons observé une majoration de l'homocystéinémie chez les patients souffrant d'un SAOS par rapport aux patients SMet non SAOS, en lien avec la sévérité des apnées/hypopnées, avec l'athérosclérose précoce, ainsi qu'avec un déséquilibre de la balance pro/antioxydante. Dans une seconde partie fondamentale, nous avons étudié les effets de l'endothéline-1 (ET-1), peptide vasoconstricteur d'origine endothéliale dont la sécrétion est majorée par l'HI, sur le métabolisme d'adipocytes en culture. Nous avons montré que ce peptide majore la lipolyse adipocytaire via les récepteur ET-1 de type A, tend à diminuer l'incorporation du glucose, et ce de manière opposée et additionnelle aux effets de l'insuline. Chez le rat Wistar exposé 14 jours à l'HI, nous avons observé une activation du système endothéline associée à un remodelage du tissu adipeux avec diminution de taille adipocytaire. Au-delà de ses effets vasoconstricteurs, ET-1 déséquilibre donc le métabolisme glucido-lipidique adipocytaire, et pourrait ainsi participer activement à l'insulinorésistance des patients SAOS obèses. Le rôle du système endothéline au niveau du métabolisme énergétique et son impact sur le tissu adipeux constituent donc des pistes sérieuses à explorer dans ce contexte. Mots-clés : Syndrome d'apnées obstructives du sommeil, syndrome d'obésité hypoventilation, stress oxydant, hypoxie intermittente, endothéline-1, insulinorésistance, lipolyse, adipocyte et tissu adipeux. / Obstructive Sleep Apnea Syndrome (OSAS) is defined by recurrent complete (apnea) or partial (hypopnea) upper airway obstructions during sleep. The resulting intermittent hypoxia (IH) is responsible for a long-term increase in cardiovascular (CV) morbi-mortality in a context of strong prevalence of metabolic syndrome, obesity and insulin resistance. Some obese OSAS patients present with Obesity Hypoventilation Syndrome (OHS) characterized by hypoventilation/hypercapnia and an even higher risk of cardiovascular morbi-mortality. Oxidative stress, low-grade inflammation, gluco-lipidic and hormonal alterations are among the key mechanisms leading to endothelial dysfunction and in fine to increased CV risk in OSAS. However, these various mechanisms have been identified by fundamental studies and their relevance in clinical research is less evident, in particular because of the presence of multiple comorbidity factors. The clinicobiological part of this work was devoted to the exploration of the oxidative stress-related metabolic and hormonal changes in OSAS and OHS patients, in relation with the severity of these diseases and their associated CV consequences. In the most severe OHS patients, we showed an impairment of the somatotropic axis linked to respiratory dysfunction and increase in triglycerides. We then highlighted, in non-obese OSAS patients, the involvement of lipid oxidative stress in early atherosclerosis and its association with OSAS severity. Finally, we investigated homocysteine, a well-known CV risk factor, in patients suffering from metabolic syndrome (MS) with or without OSAS. We observed an increase in homocysteinemia in OSAS+MS patients compared to non-OSAS+MS patients, linked to the severity of sleep apnea, to early atherosclerosis, as well as to pro/antioxidative imbalance. In the experimental part, we investigated the effects of the hypoxia-released vasoconstrictor peptide endothelin-1 (ET-1) on the metabolism of 3T3-L1 adipocytes in vitro. We showed that through its type-A receptor, ET-1 increases adipocyte lipolysis, tends to decrease glucose uptake and significantly inhibits the effects of insulin. Moreover, ET-1 stimulates its own expression, and expression of its ET-A receptor in 3T3-L1 cells. In parallel, in Wistar rats exposed to 14 days of IH, we observed an activation of the endothelin system associated with a remodelling of adipose tissue characterized by a decrease in adipocyte size. In conclusion, beyond its vasoconstrictor effects, ET-1 can modify glucose and lipid metabolism of adipocytes, and could thus actively participate in the insulin resistance and dyslipidemia observed in OSAS obese patient. The role of the endothelin system in energetic metabolism and its impact on adipose tissue thus represent promising avenues to be investigated in OSAS. Keywords: obstructive sleep apnea syndrome, obesity hypoventilation syndrome, oxidative stress, intermittent hypoxia, endothelin-1, insulin resistance, lipolysis, adipocyte and adipose tissue.

Le syndrome d'apnées obstructives du sommeil (SAOS) est un problème de santé publique par sa prévalence dans la population générale (5-20%) et ses nombreuses complications métaboliques et cardiovasculaires. La répétition des apnées génère une hypoxie intermittente (HI) considérée comme le facteur principal responsable de cette morbidité cardiovasculaire dont l'athérosclérose. Cependant les mécanismes physiopathologiques sont peu connus. De nombreux arguments évoquent l'implication de la graisse blanche viscérale notamment via la sécrétion de médiateurs inflammatoires. Les objectifs de notre travail ont été d'étudier les altérations du tissu adipeux viscéral induites par l'HI, et leurs relations avec les atteintes métaboliques et vasculaires causées par l'HI à l'aide d'un modèle animal d'apnées du sommeil (modèle murin d'HI). Nos travaux confirment l'effet délétère de l'HI dans les atteintes métaboliques et vasculaires pré-athérosclérotique et athéroclérotique, notamment à travers une inflammation impliquant les récepteurs TLR-4. En dehors de toute obésité, l'HI entraîne des modifications majeures du tissu adipeux viscéral (remodelages morphologique et inflammatoire, redistribution territoriale) qui contribuent à l'inflammation et aux atteintes métaboliques et vasculaires causées par l'HI. Ainsi nos résultats précisent les mécanismes physiopathologiques des conséquences associées au SAOS, et suggèrent que la correction de l'inflammation pourrait constituer une approche thérapeutique supplémentaire pour les patients apnéiques. / Obstructive sleep apna syndrome (OSAS) is a public health problem due to its frequency in general population (5 to 20%) and its numerous metabolic and cardiovascular complications. Repetitive apneas lead to intermittent hypoxia (IH), which is the determinant factor for the OSAS-related cardiovascular morbidity, including atherosclerosis. However the pathophysiology mechanisms are unclear. There are growing evidences suggesting a role for visceral white adipose tissue, in particular through the inflammatory mediator secretion. This project aimed to assess the IH-induced alterations of visceral adipose tissue, and to study the causal relationship of these fat alterations with the IH-induced metabolic dysfunctions and vascular remodeling thanks to an animal model of OSAS (murine model of IH). These results confirm the deleterious effects of IH on pre-atheroclerotic and atherosclerotic vascular remodeling, especially through inflammation involving TLR-4. Without any obesity, IH induces both important structural and functional changes of visceral adipose tissue that are, in part, involved in inflammation and in IH-related metabolic and vascular alterations. These results bring new insight into the pathophysiology of OSAS-associated consequences, and suggest that correcting visceral adipose tissue inflammation could provide further therapeutic options for OSA patients.

L’hypoxie désigne une baisse de la biodisponibilité en oxygène au niveau tissulaire. La combinaison de l’hypoxie intermittente et de l’hypercapnie est identifiée dans le cadre de plusieurs maladies respiratoires comme un élément physiopathologique déterminant. Cependant, des travaux de recherche suggèrent qu’une exposition à l’hypoxie hypo- ou normocapnique à l’éveil peut améliorer la santé cardiovasculaire. La combinaison d’une exposition hypoxique et de l’entraînement à l’effort est utilisée par les athlètes pour améliorer la performance sportive aérobie. Des études pilotes récentes y compris chez le malade chronique indiquent que l’exposition à l’hypoxie modérée au repos ou à l’effort chez le patient est susceptible d’induire des gains significatifs en termes de santé cardiovasculaire, de composition corporelle et de statut métabolique.Nous nous sommes intéressés aux effets cardiorespiratoires et tissulaires de l’exposition hypoxique normobarique chez le sujet sain et chez la personne en surpoids ou obèse présentant un risque ou des anomalies cardio-métaboliques. Nous avons étudié l’efficacité de 2 types de conditionnement au repos consistant en une hypoxie continue ou une hypoxie intermittente et un entraînement à l’effort hypoxique par comparaison à la situation normoxique. Nous avons tout d’abord étudié les effets d’une exposition hypoxique à court terme au repos chez 14 sujets sains. Nous avons ensuite étudié les effets cardiorespiratoires, tissulaires, vasculaires et métaboliques d’un programme de conditionnement hypoxique normobarique à moyen terme au repos chez 35 patients en surpoids ou obèse. Nous avons de plus réalisé chez 24 sujets sains une étude préliminaire afin de vérifier la faisabilité et de caractériser les réponses cardio-respiratoires et l’oxygénation tissulaire au cours d’un exercice aigu à charge constante d’intensité modérée ou intermittent intense en hypoxie comparé à une condition placébo normoxique. La dernière étude a consisté à étudier les conséquences cardiorespiratoires, tissulaires, vasculaires et métaboliques d’un programme d’entraînement à l’effort en hypoxie par rapport au même programme en normoxie chez 23 patients en surpoids ou obèses.L’étude réalisée chez le sujet sain met en évidence l’intérêt à court terme d’un conditionnement hypoxique intermittent au repos sur des variables associées aux risques cardiovasculaires (diminution de la pression artérielle systolique en normoxie et augmentation de la variabilité sinusale) et une modulation de l’hypoxie tissulaire. Nous avons montré chez le sujet sain que l’hypoxie combiné à l’exercice aigu provoque une diminution de l’oxygénation musculaire similaire mais une diminution de l’oxygénation du cortex préfrontal plus importante par comparaison à un effort normoxique à même intensité relative. Ensuite, chez le sujet en surpoids ou obèse, nous avons montré que le conditionnement hypoxique passif chronique induit une diminution de la pression artérielle diastolique de repos en normoxie, une augmentation de la réponse ventilatoire hypoxique et une diminution de la variabilité cardiaque (après conditionnement par hypoxie intermittente seulement) et que le conditionnement hypoxique actif chronique améliore l’aptitude maximale aérobie par rapport à une situation placébo normoxique.Les résultats obtenus montrent la faisabilité de plusieurs conditionnements hypoxiques prometteurs au plan vasculaire y compris chez le sujet en surpoids ou obèse limité à l’exercice musculaire. Le conditionnement hypoxique actif montre également des bénéfices accrus sur l’aptitude aérobie. Ces protocoles de conditionnement doivent être affinés en vue d’optimiser leur efficacité en termes de perte de poids et d’amélioration du risque cardio-vasculaire et métabolique dans des populations présentant une obésité associée à une morbidité cardio-métabolique. Ils représentent également une piste thérapeutique innovante dans d’autres pathologies chroniques / Hypoxia refers to a decrease in the oxygen bioavailability at the tissue level. The combination of intermittent hypoxia and hypercapnia is identified in several respiratory diseases as a critical pathophysiological element. However, research suggests that exposure to hypo- or normocapnic hypoxia can improve cardiovascular health. The combination of hypoxic exposure and exercise training has been used by athletes to improve aerobic exercise performance. Recent pilot studies in patients with chronic diseases indicate that exposure to moderate hypoxia at rest or during exercise is likely to induce significant gains in cardiovascular health, body composition and metabolic status.We investigated the effects of normobaric hypoxic exposure on cardiorespiratory and tissue function in healthy subjects, overweight or obese subjects at risk or with cardio-metabolic abnormalities. We assessed the efficacy of 2 types of passive hypoxic conditioning consisting in sustained hypoxia or intermittent hypoxia and hypoxic exercise training in comparison with normoxic condition. First, we assessed the effects of short-term hypoxic exposure at rest in 14 healthy subjects. Then, we evaluated the cardiovascular and metabolic effects of a 8-week normobaric hypoxic conditioning program at rest (intermittent or sustained hypoxia) in 35 overweight or obese patients, compared to placebo normoxic exposure. Next, we conducted a preliminary study in 24 healthy subjects to assess the acute responses to submaximal constant-load and high intensity interval cycling exercise performed in normoxia and in hypoxia. The last study aimed to compare the effect of an 8-week exercise training program performed either in normoxia or hypoxia on maximal aerobic capacity in overweight or obese subjects.In the healthy subject, we emphasized the rapid benefits of intermittent hypoxic conditioning on cardiovascular function (lower baseline systolic blood pressure and increased heart rate variability) and the modulation of tissue deoxygenation in response to hypoxia. We have also shown in healthy subjects that acute exercise (combined with hypoxia causes a similar decrease in muscle oxygenation but a greater prefrontal cortex deoxygenation compared to normoxic condition. Then, in the overweight or obese subject, we have shown that chronic passive hypoxic conditioning induces a decrease in diastolic blood pressure at rest in normoxia, an increase in the hypoxic ventilatory response and a decrease in heart rate variability after intermittent hypoxic conditioning only. In addition, chronic active (exercise training) hypoxic conditioning improves the maximal aerobic capacity compared to placebo normoxic training.Our results show the feasibility of several hypoxic conditioning strategies and their interesting effects on the vascular function in overweight/obese subjects presenting exercise limitations impeding exercise reconditioning. In addition, active hypoxic conditioning showed a greater effect on physical fitness than normoxic exercise training. These hypoxic conditioning strategies must be further optimized to improve their efficacy regarding weight loss and cardiometabolic morbidity in obese. They also represent promising therapeutic opportunities for other chronic diseases

Le syndrome d'apnée obstructive du sommeil (SAOS), est une maladie chronique qui se caractérise par des interruptions répétées de la respiration durant le sommeil en raison de la fermeture temporaire des voies aériennes supérieures. L'hypoxie intermittente chronique (HI) résultante de cette fermeture transitoire des voies aériennes supérieures, constitue l’une des conséquences majeures du SAOS, et elle est la responsable de la plupart des complications liées à cette pathologie, dont nous citons: l’hypertension artérielle, l’infarctus de myocarde et plus généralement le remodelage cardiovasculaire.D’autre part, l’entrainement physique intensif(EI)est bien connu d’avoir des bénéfices sur le système cardiovasculaire, d’où nous avons poser l’hypothèse que l’EI peut inverser les effets délétères de l’HI sur la réactivité et le remodelage vasculaire ainsi que sur la signalisation calcique intracellulaire dans les cellules musculaires.Pour répondre à cette question, nous avons choisi le rat comme modèle animal, pour étudier l’effet potentiel de l'EI dans la prévention et l’inversion des effets délétères de (HI) en termes de réactivité et signalisation calcique dans les tissues musculaires.Des rats ont été exposés durant 21 jours à l’hypoxie intermittente dans des cages spécialement équipées pour maintenir un flux d’air alternant entre 21% et 5% de PO2 dans les cages contenant les rats hypoxique et a 21% de PO2 dans les cages contenant les rats contrôles. Durant les deux dernières semaines d’exposition à l’HI, un groupe des rats hypoxiques et un des rats normoxiques ont subi des sessions d'EI en courant sur un tapis roulant avec une vitesse allant de 16m/min jusqu'à 30 m/min.Les paramètres physiologiques ont été mesurés (Pression artérielle, fréquence cardiaque, hématocrites), l’aorte a été prélevé pour étudier la réactivité vasculaire, les cellules musculaires lisses de l’aorte ont été ensuite prélevés et cultivées pour étudier la signalisation calcique par microscopie à EPIfluorescence. Finalement les gènes codant pour les médiateurs de la signalisation calcique : RyR1, RyR2 RyR3, (ryanodine receptors), TRPV4 (transient receptor potential channel), SERCA1, SERCA2 (Sarco/Endoplasmic Reticulum Ca2+ -ATPase) et IP3R1 (Inositol 1,4,5-Trisphosphate Receptor) dans différentes tissues vasculaires et squelettiques ont été étudiés au niveau moléculaire par Q-PCR et Western Blot.Nos résultats montrent que l'HI induit une augmentation significative de pression artérielle et de l’hématocrite et une diminution dans la relaxation de l'aorte induite par l'acétylcholine pré contractée par la phénylnephrine. Ceci est conforme à notre observation selon laquelle HI augmente le niveau de calcium intracellulaire dans le muscle lisse aortique cultivé. D'autre part, l'EI induit une diminution significative de l’hématocrite et de la vasoconstriction aortique induite par la phénylnephrine et l'endothélie-1, conformément à l'observation que l'EI réduit la différence HI-N dans la réponse calcique. A l’échelle moléculaire, HI induit une augmentation significative de l'expression de RyR1, RyR2, RyR3, SERCA1, SERCA2, TRPV4 et IP3R1 au niveau de l'ARNm dans les tissus de tous les groupes, avec une plus grande quantité de RyR1,RyR2,et RyR3 dans les tissus HI des muscles lisses (principalement dans l'aorte thoracique et abdominale) et le SERCA1 (9 fois plus haut dans les tissus IH) et le SERCA2 (10 fois plus élevé dans les tissus HI) dans les muscles squelette (Gastrocnemius, plantaris et soléus). De plus, HI induit une augmentation significative de RYR1, RYR2 et TRPV4 au niveau protéique dans l'aorte thoracique et abdominale; et l'EI réduit la différence d'expression entre les animaux N et IH.Nos résultats suggèrent que l'EI représente un traitement prometteur non pharmacologique ou complémentaire pour limiter les complications cardio-vasculaires induites par l’HI et le remodelage musculaire chez les patients atteints de SAOS. / Obstructive sleep apnea syndrome (OSAS) is a chronic disease characterized by repeated interruptions of breathing during sleep due to the temporary closure of the upper airway. Its prevalence increases with the increasing in prevalence of obesity, especially in developed countries.Chronic intermittent hypoxia (IH) resulting from this transient closure of the upper airway is one of the major consequences of OSAS and is responsible of most of the complications related to this pathology, including hypertension, myocardial infarction, atherosclerosis and more generally cardiovascular remodeling.On the other hand, intensive physical training(IT) is well known to have benefits on cardiovascular system, thus we hypothesize that physical training can reverse the deleterious effects of IH on reactivity and vascular remodeling as well as intracellular calcium signaling in muscle cells.To answer this question, we chose the rat as an animal model to study the potential effect of IT in the prevention and reversal of deleterious (IH) effects in terms of reactivity and calcium signaling in muscle tissue.Rats were exposed for 21 days to intermittent hypoxia and housed in cages specially equipped to maintain an airflow alternating between 21% and 5% PO2 in cages containing hypoxic rats and 21% PO2 in cages containing the control rats. During the last two weeks of exposure to IH, a group of hypoxic rats and one of the normoxic rats underwent IT sessions on a treadmill at a speed of 16m / min to 30m / min.Physiological parameters were measured (blood pressure, heart rate, hematocrit), the aorta was removed to study the vascular reactivity, then vascular smooth muscle cells were removed and cultured to study calcium signaling by EPIfluorescence microscopy. Finally, the genes coding for the key mediators of the calcium signaling: RyR1, RyR2 RyR3, (ryanodine receptors), TRPV4 (transient receptor potential channel), SERCA1, SERCA2 (Sarco / Endoplasmic Reticulum Ca2 + -ATPase) and IP3R1 , 5-Trisphosphate Receptor) in various vascular and skeletal tissues were studied at the molecular level as mRNA by Q-PCR or as protein by Western Blot.Our results show that IH induces a significant increase in blood pressure and hematocrit and a decrease in acetylcholine-induced aortic relaxation pre-contracted with phenylnephrine. This was consistent with our observation that HI increases the level of intracellular calcium in cultured aortic smooth muscle. On the other hand, IT induced a significant decrease in hematocrit and aortic vasoconstriction induced by phenylnephrine and endothelial-1, consistant with the observation that IT reduces the IH-N difference in the calcium response. On the molecular scale, IH induces a significant increase in the expression of RyR1, RyR2, RyR3, SERCA1, SERCA2, TRPV4 and IP3R1 at the mRNA level in the tissues of all groups with a greater amount of RyR1,RyR2,& RyR3 higher in IH tissue of smooth muscles (mainly in the thoracic and abdominal aorta) and SERCA1 (9-fold higher in IH tissues) and SERCA2 (10-fold higher in IH tissues) in the skeletal muscles (Gastrocnemius, plantaris and soléus). In addition, IH induces a significant increase in RYR1, RYR2 and TRPV4 at the protein level in the thoracic and abdominal aorta; And IT reduces the difference in expression between animals N and IH.Our results suggest that IT is a promising, non-pharmacological or complementary treatment for limiting cardiovascular complications induced by IH and muscle remodeling in patients with OSAS.

Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés aux rôles de l’hypoxie intermittente (HI) sur l’inflammation respiratoire. Dans un premier travail, nous avons caractérisé le profil inflammatoire des cellules épithéliales nasales humaines (CENH) en réponse à l’HI et mis en évidence une augmentation significative de la sécrétion d’IL-8, de PDGF AA, de VEGF et de gélatinases. L’IL-8 sécrétée était active comme en atteste le pouvoir chémotactique majeur des surnageants de CENH envers les neutrophiles. De plus, nous avons montré que l’HI per se était responsable d’une augmentation de la migration des neutrophiles et que l’addition d’IL-8 potentialisait cet effet, d’autant plus qu’elle agissait sur des neutrophiles de patients présentant un syndrome d’apnées/hypopnées du sommeil, déjà activés. Dans le second travail, nous avons mis en évidence une réponse spécifique des cellules musculaires lisses bronchiques à l’HI avec une sécrétion de VEGF et surtout une augmentation de leurs capacités de migration. De surcroît, nous avons montré que le surnageant des CENH soumises à l’HI induisait une augmentation majeure de ces capacités de migration, dépendant de la sécrétion de PDGFAA. Nos études montrent que l’HI induit une réponse inflammatoire des cellules résidentes de l’arbre trachéobronchique, cellules épithéliales et musculaires lisses. L’utilisation d’un modèle in vitro a permis d’isoler cette réponse tissulaire spécifique de l’influence d’une inflammation vasculaire et systémique. Ces résultats peuvent expliquer la neutrophilie observée dans les expectorations des apnéiques ainsi que les résultats fonctionnels respiratoires de ces patients / In present work, we addressed the role of Intermittent Hypoxia (IH) on respiratory inflammation. In a first study, we characterized the inflammatory profile of the human nasal epithelial cells (CENH) in response to IH and showed a significant increase of the IL-8, PDGF AA, VEGF and gelatinases secretion. The released IL-8 was active, as shown by the ability of supernatants to induce neutrophil migration. Furthermore, we showed that IH per se induced neutrophil migration and that IL-8 had an additive effect, especially on already activated neutrophils from patients suffering from sleep apnea/hypopnea syndrome (SAHS). In the second study, we showed a specific response of bronchial smooth muscle cells (BSMC) to IH with induction of VEGF secretion and an increase in migration capacities. In addition, supernatants of CENH exposed to IH induced a major increase of BSMC migration, dependent on PDGFAA secretion. Our studies show that IH leads to an inflammatory response of the resident tracheobronchial cells, both epithelial and smooth muscle cells. The use of an in vitro model allowed to isolate the specific tissular response from the influence of a vascular and systemic inflammation. These results can explain the neutrophilia observed in induced sputum of patients with SAHS, as well as the results of their pulmonary functional tests

Le syndrome d’apnées obstructives du sommeil (SAOS) est associé à la survenue de neuropathies optiques, en particulier la neuropathie optique ischémique antérieure aigue non artéritique (NOIAA-NA). Parmi les mécanismes d’apparition de cette neuropathie et potentiellement associés au SAOS, la dysrégulation et l’inflammation vasculaires pourraient jouer un rôle. Il n’existe aucune donnée dans la littérature sur l’effet de l’hypoxie intermittente (HI) chronique sur la fonction vasculaire de l’œil.Le but de ce travail était de développer des techniques d’évaluation de la fonction vasculaire oculaire chez le rat et de les appliquer à l’étude des conséquences vasculaires oculaires de l’HI. Ainsi, deux approches complémentaires ont été développées : 1) un prototype de fluxmètre laser Doppler (LDF) adapté au rongeur pour l’évaluation in vivo de la perfusion sanguine rétinienne et de la tête du nerf optique (TNO) et 2) le modèle d’étude de l’artère ophtalmique (AO) du rat par myographie vasculaire, in vitro.La mise au point du LDF chez le rat sain a permis de valider la pertinence du signal provenant des artères rétiniennes. A l’inverse, nos données invalident l’intérêt de la mesure au niveau de la TNO. En réponse à l’inhalation d’oxygène pur, nous observons une diminution de 17,0 ± 13,7 % de la vélocité artérielle rétinienne (VelART). Nous n’observons pas de variation significative de VelART lors d’injection intra-carotidienne d’endothéline 1 (ET-1) malgré une forte vasoconstriction des vaisseaux rétiniens. Les perspectives consistent à associer une caméra de haute résolution à un système bidirectionnel de LDF. L’étude de la réactivité de l’AO par myographie chez le rat soumis à 14 jours d’HI a mis en évidence une augmentation de la contraction à l’ET-1, associée à une augmentation de la réponse médiée par les récepteurs de type A (ETRA)et à une surexpression des ETRA au sein de l’AO. La relaxation NO-dépendante était diminuée chez le rat HI, et associée à un effet prédominant des produits vasoconstricteurs du cytochrome P450. Ces réponses étaient associées à une augmentation de la présence d’anions superoxyde dans la paroi de l’AO. Des études complémentaires sont nécessaires pour explorer les mécanismes à l’origine des ces altérations vasculaires, en particulier le rôle du stress oxydant. / Obstructive sleep apnea (OSA) has recently been associated with the occurrence of optic neuropathies, especially acute non-arteritic anterior ischemic optic neuropathy (NAION). Among the mechanisms of NAION onset potentially associated with OSA, vascular dysregulation and inflammation may play a role. There is still no data on the effect of chronic intermittent hypoxia (IH) on vascular function of the eye. The purpose of this work was to develop techniques for assessing rat ocular vascular function and apply them to the study of the ocular vascular consequences of IH. Thus, two complementary models have been developed: 1) a laser Doppler flowmeter (LDF) prototype adapted for rodents, to evaluate in vivo retinal and optic nerve head (ONH) blood perfusion and 2) in vitro model of rat ophthalmic artery (OA) study by myography. Preliminary work on healthy rat enabled us to validate the relevance of retinal arteries LDF signal, but not that of the ONH. Retinal blood velocity (VelART) dropped by 17.0 ± 13.7% in response to pure oxygen inhalation. We did not observe any significant change in VelART signal after intracarotidian endothelin 1 (ET -1) injection, despite strong vasoconstriction of retinal vessels. OA reactivity study by myography in rats exposed to a 14-day IH showed increased contraction to ET-1, associated with an increased endothelin receptor A-mediated (ETRA) response and ETRA overexpression within the AO. NO-dependent relaxation is reduced in IH rats, and associated with a shift towards vasoconstrictive effects of cytochrome P450 products. These responses were associated with an increase in superoxide anions in the OA wall. Further studies are needed to explore the underlying mechanisms of these vascular changes, particularly the role of oxidative stress. Understanding of the LDF signal is partial and should be further explored to permit application to the study of IH rat.

Le syndrome d’apnées obstructives du sommeil (SAOS) est associé à une forte morbi-mortalité cardiovasculaire. L’hypoxie intermittente (HI), conséquence majeure des apnées, est à l’origine d’un stress oxydant, d’une activation de HIF-1 (hypoxia inducible factor 1) et d’une expression d’endothéline (ET-1), tous impliqués dans les complications cardiovasculaires liées à l’HI.Dans un premier temps, nous avons démontré que l’HI augmentait l’incidence des arythmies ventriculaires létales associées à l’ischémie myocardique. Parmi les mécanismes potentiels impliqués, l’analyse spectrale de la variabilité de la fréquence cardiaque et de la pression artérielle et le dosage des catécholamines ont mis en évidence une activation sympathique chez les animaux exposés à l’HI. L’HI est également à l’origine d’altérations de la repolarisation ventriculaire (allongement du QTc et du Tpeak-Tend) et d’une dispersion du gradient transmural (allongement de la durée du potentiel d’action endocardique) associées à une augmentation de l’expression de canaux calciques de type LTCC et TRPC dans l’endocarde.Dans la seconde partie de ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés aux perturbations de l’homéostasie du zinc en réponse au stress oxydant causé par l’ischémie-reperfusion (IR) ou par l’HI et aux propriétés cardioprotectives de la supplémentation en zinc dans ce contexte. Nous avons montré que l’IR et l’HI induisaient une diminution des concentrations de zinc myocardiques et plasmatiques, respectivement. Nous avons mis en évidence les effets bénéfiques de la supplémentation en zinc vis-à-vis des arythmies ventriculaires et des altérations myocardiques induites par l’IR. L’administration de zinc lors de la reperfusion a également permis d’abolir l’augmentation de la taille d’infarctus induite par l’exposition chronique à l’HI.Finalement, nous avons étudié les effets de la déplétion en zinc sur des cellules endothéliales à l’aide d’un chélateur spécifique du zinc, le TPEN. Nous avons observé que l’exposition des cellules au TPEN entraînait une translocation nucléaire de HIF-1α et une augmentation de la sécrétion d’ET-1 avec, comme conséquence, une augmentation de la capacité migratoire des cellules endothéliales. Ainsi, une déplétion en zinc semble conduire à une activation de l’axe HIF-1-ET-1 connu pour ses effets délétères lors de l’HI.En résumé, l’exposition chronique à l’HI exacerbe les arythmies et augmente la taille d’infarctus lors de l’IR. L’activation sympathique, le stress oxydant et l’altération de l’homéostasie du zinc pourraient être impliqués. L’utilisation d’outils pharmacologiques permettrait de confirmer leur rôle et potentiellement de prévenir les altérations cardiovasculaires liées à l’HI et au SAOS. / Obstructive sleep apnea (OSA) is associated with increased cardiovascular morbidity and mortality. Intermittent hypoxia (IH), one of the major consequences of apneas, leads to oxidative stress, activation of HIF-1 (hypoxia inducible factor 1) and endothelin (ET-1) expression, all known to play an important role in the cardiovascular consequences of OSA.First, we have demonstrated that IH increases the incidence of ischemia-related lethal ventricular arrhythmias. Among the potential mechanisms involved, spectral analysis of heart rate and blood pressure variability and catecholamine assay, showed a sympathetic activation in animals exposed to IH. IH was also responsible for alterations in ventricular repolarisation (increased QTc and Tpeak-Tend intervals) and dispersion of the transmural gradient (increased endocardial action potential duration). These alterations were associated with increased expression of endocardial LTCC and TRPC calcium channels.The second part of the thesis aimed at investigating zinc homeostasis in response to the oxidative stress induced by ischemia-reperfusion (IR) or IH as well as the beneficial effects of zinc supplementation in this context. We observed that IR and IH induced a decrease in myocardial and plasma zinc concentrations, respectively. We also highlighted the protective effects of zinc supplementation during reperfusion against the ventricular arrhythmias and myocardial dysfunction induced by IR. Zinc administration during reperfusion also abolished the increase in infarct size induced by chronic IH exposure.Finally, we investigated the effects of zinc depletion in endothelial cells exposed to TPEN, a specific zinc chelator. We observed that TPEN induced a nuclear translocation of HIF-1α and an increase in ET-1 secretion with a resulting increase in endothelial cell migration. Thus, zinc depletion appears to promote activation of the HIF-1-ET-1 axis, known for its deleterious effects upon IH.In summary, chronic IH exposure enhances ventricular arrhythmias and increases infarct size upon myocardial I/R. Sympathetic activation, oxidative stress and alterations of zinc homeostasis appear to be contributing factors. Pharmacological targeting of these alterations should be performed in order to confirm their role as well as to potentially prevent the deleterious cardiovascular consequences of IH and OSA.

Le syndrome d’apnées obstructives du sommeil (SAOS) est un problème de santé publique majeure affectant 6-13% de la population d’âge moyen. Des études épidémiologiques et l’accumulation de données cliniques ont montré que le SAOS joue un rôle important dans l’initiation et la progression des pathologies cardiovasculaires (CV) comme l’infarctus du myocarde (IM). Les patients hospitalisés post-IM présentent une prévalence pour le SAOS de l’ordre de 50%. De plus, le SAOS augmente la vulnérabilité du cœur à l’infarctus, ce qui se traduit par une taille d’IM plus grande, une ischémie myocardique prolongée, et une aggravation des évènements cardiovasculaires au long-terme, prédisposant les patients apnéiques à des infarctus surnuméraires, à l’insuffisance cardiaque (IC) et au décès. Il semble donc important de comprendre précisément les mécanismes impliqués dans cette susceptibilité accrue à l’ischémie myocardique afin de proposer de nouvelles cibles thérapeutiques et améliorer la prise en charge du risque CV chez les patients apnéiques. L’hypoxie intermittente chronique (HI) est le substrat physiopathologique majeur des complications CV du SAOS via l’activation de mécanismes physiopathologiques variés, tels que l’inflammation, le stress oxydant ou encore l’activation sympathique. Ce travail de thèse avait pour but de 1) caractériser la réponse aigue et chronique à l’IM chez des animaux exposés à l’HI, 2) de disséquer les mécanismes cellulaires impliqués dans la susceptibilité accrue à l’IM chez ces mêmes animaux.Nos travaux ont confirmé que l’HI induit une majoration de la taille d’infarctus suite à un évènement ischémique aigue et aggrave le remodelage cardiaque et la dysfonction contractile dans un modèle de cardiopathie ischémique chronique chez le rat. Nous avons également mis en évidence que l’HI induisait dans ce contexte une hyperactivation sympathique persistante, un stress du RE proapoptotique et l’activation du facteur de transcription HIF-1 contribuant à l’augmentation de la vulnérabilité du cœur à l’infarctus et l’aggravation post-IM des complications cardiaques au long-terme. Ces différents facteurs pourraient représenter des biomarqueurs intéressants pour prédire le risque CV chez les patients apnéiques sévères et pourraient être considérés comme des pistes thérapeutiques potentielles pour améliorer la prise en charge des patients SAOS à haut risque CV. / Obstructive sleep apnea syndrome (OSA) is a common disease that affects 6-13% of the middle-aged population. Epidemiological and clinical data support the notion that OSA has a role in the initiation or progression of several cardiovascular (CV) diseases, including myocardial infarction (MI). Indeed, patients hospitalized with acute MI present high prevalence for OSA. Furthermore, OSA is known to major infarct size in patients that persists over time and aggravates long-term adverse events post-MI, as reinfarction, heart failure (HF) and death. OSA is characterized by intermittent hypoxia (IH) which results in desaturation-reoxygenation sequences and appears to be the major consequence of OSA in term of cardiovascular alterations associated with apneas. However, the mechanisms remain unclear. Therefore, the understanding of pathophysiologic mechanisms involved in cardiac disorders is a research priority for OSA in order to develop new therapeutic targets and improve the management of CV risk in apneic patients. There are growing evidences suggesting a major role of endoplasmic reticulum (ER) stress and HIF-1 activation in the vulnerability to acute ischemic events and in long-term adverse complications associated with prolonged MI. Furthermore, the progression of ischemic cardiomyopathy following MI is also associated with activation of the sympathetic nervous system which substantially contributes to cardiac alterations. Furthermore, these are three mechanisms known to be activated with IH. This project aimed 1) to assess the IH-induced acute and chronic cardiac alterations following MI, 2) to study the implication of cellular mechanisms involved in the adverse ischemic events related to OSA.We have shown that IH increases infarct size following acute MI and aggravates cardiac remodeling and contractile dysfunction in a rat model of chronic ischemic cardiomyopathy. In these contexts, IH is associated with a sympathetic over activity, a proapoptotic ER stress and the activation of HIF-1, which substantially contribute to increased heart vulnerability to infarction and worsening of long-term heart complications post-MI. These different factors may represent interesting biomarkers for predicting CV risk in severe apneic patients and may be considered as potential therapeutic targets to improve the management of OSA patients with high CV risks.

Le syndrome d’apnées obstructives du sommeil (SAOS) est un problème de santé publique majeur qui est considéré comme un facteur indépendant de risque de survenue d’un infarctus du myocarde (IM). Les altérations cardiovasculaires associées au SAOS sont principalement dues à l’hypoxie intermittente (HI) chronique. En particulier, l’HI induit l’activation du facteur de transcription hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1), susceptible d’être impliqué dans la vulnérabilité accrue du myocarde à l’ischémie-reperfusion. L’objectif de cette thèse était d’étudier le rôle de HIF-1 dans les mécanismes induits par l’HI et impliqués dans l’augmentation de la taille de l’infarctus suite à une ischémie-reperfusion. Ces travaux ont mis en évidence deux nouveaux effets délétères de l’HI, à savoir l’induction d’un stress du réticulum endoplasmique (RE) et d’altérations mitochondriales. A travers, l’inhibition génétique et/ou pharmacologique de HIF-1, nous avons montré que HIF-1 apparaît comme un acteur primordial dans l’ensemble des mécanismes délétères de l’HI, incluant ceux découverts lors de cette thèse. De plus, HIF-1 joue un rôle majeur dans l’augmentation de la taille de l’IM induite par l’HI chronique. Parallèlement, son activation myocardique est corrélée à l’index d’apnées-hypopnées chez des patients apnéiques atteints d’une maladie coronarienne (comparativement aux non-apnéiques). Par conséquent, l’activation de HIF-1 pourrait être utilisée comme marqueur diagnostic du SAOS chez les patients à risque cardiovasculaire. HIF-1 pourrait également représenter une cible pour le développement de nouvelles thérapies complémentaires ou substitutives aux traitements actuels. / Obstructive sleep apnea syndrome (OSAS) is a major public health problem that is considered an independent risk factor for the occurrence of myocardial infarction (MI). The cardiovascular alterations associated with OSA are mainly due to the chronic intermittent hypoxia (IH). In particular, activation by IH, the hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1) transcription factor likely contributes to enhance myocardial vulnerability to ischemia-reperfusion injury. The aim of this thesis was to study the role of HIF-1 in the mechanisms involved in the increase in MI induced by chronic IH. This work has highlighted two new deleterious consequences of IH exposure, namely endoplasmic reticulum (ER) stress and mitochondrial alterations. Through genetic and/or pharmacological inhibition of HIF-1, we have shown that HIF-1 appears to be a primordial actor in all the deleterious mechanisms of IH, including those discovered during this thesis. HIF-1 also appears to play a major role in the IH-induced increase in MI size. In parallel, its myocardial activation is correlated with the apnea-hypopnea index in apnoeic, compared to non-apnoeic, patients with coronary heart disease. Therefore, HIF-1 activation could serve as a diagnostic marker of OSA in patients with cardiovascular risk. HIF 1 could also be a target for new therapeutic approaches, in complement or replacement of standard treatments.