Les cardiopathies ischémiques sont une cause majeure de mortalité cardiovasculaire pouvantaboutir à la mort subite par fibrillation ventriculaire (FV). Un des objectifs thérapeutiqueschez les coronariens est de diminuer la demande en O2 par réduction de la fréquencecardiaque (RFC). Plusieurs médicaments dont les bêta-bloquants et inhibiteurs calciquesrépondent à cet objectif, mais peuvent être responsable d’altération de la contractilitécardiaque et d’effets secondaires limitant leur utilisation. Nous nous sommes intéressés auxeffets d’un inhibiteur sélectif du courant pacemaker If, l’ivabradine (IVA) dontl’administration induit une RFC sinusale. L’objectif de ce travail a été d’évaluer l’impact dela RFC sur la propension à la FV et de comprendre les mécanismes fonctionnels etmétaboliques impliqués. Un premier travail a été réalisé sur un modèle d’ischémiemyocardique aigue. Dans un second travail l’impact de la RFC sur la sélection des substratspour la production d’énergie a été évalué sur coeur isolé et perfusé en mode travaillant. Nosrésultats démontrent que l’IVA dans les deux modèles a induit une RFC qui était associée invivo à une amélioration de la perfusion coronaire, une préservation de la structuremitochondriale et du statut énergétique myocardique, réduisant la propension à la FV. Exvivo, la RFC n’a pas modifié la sélection des substrats et le statut énergétique. Enthérapeutique, il est important d’améliorer les conditions tissulaires et de réduire la perte desubstrats lors d’ischémie myocardique, l’IVA semble répondre à cette attente. Son effetspécifique sur l’automaticité sinusale lui confère la possibilité d’agir en préventif et en curatif / Ischemic cardiopathies are a major cause of cardiovascular mortality potentially leading tosudden death by ventricular fibrillation (VF). In patients with coronary disease, onetherapeutic goal is to reduce oxygen requirements via slowing of heart rate (SHR). Severalmedicinal drugs, such as beta-blockers and calcium inhibitors can achieve this goal, but canresult in altered cardiac contractility and various adverse effects, which restricts their use. Wefocused our interest on the effects of a selective inhibitor of the pacemaker current If, namelyivabradine (IVA), which can reduce sinusal heart rate. The aim of the present work was toevaluate the impact of SHR on the propensity to VF and to better understand thephysiological and metabolism mechanisms involved. The first study was performed on a pigmodel of acute myocardial ischemia leading to VF. In the second study, the impact of SHRwas evaluated using a mouse model of isolated perfused working heart. Our resultsdemonstrated that IVA induced SHR in both models and this was associated in vivo withenhanced coronary flow, conservation of mitochondrial structure and myocardial energeticstatus, thus reducing the risk of triggering ischemia-induced VF. Moreover, ex vivo, theobserved SHR did not change the selection of substrates for energy production. From atherapeutic point of view, it is critical to improve the conditions within tissues and to reducethe loss of substrates during myocardial ischemia. IVA apparently met this goal. Indeed, viaspecific effects on sinusal automaticity, it can act both preventively and curatively

L'analyse quantitative de la fonction contractile myocardique constitue un enjeu majeur pour le dépistage, le traitement et le suivi des maladies cardiovasculaires, première cause de mortalité dans les pays développés. Dans ce contexte, l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) s'impose comme une modalité privilégiée pour l'exploration dynamique du coeur, renseignant, d'une part, sur l'évolution des parois (ciné IRM), et permettant, d'autre part, d'accéder à des informations cinématiques au sein du myocarde (IRM de marquage). L'exploitation quantitative de ces données est néanmoins actuellement limitée par la quasi-absence de méthodologies fiables, robustes et reproductibles d'estimation de mouvement non rigide à partir de séquences d'images acquises dans cette modalité. Cette thèse se propose de démontrer que les techniques de recalage non rigide statistique constituent un cadre approprié pour l'estimation des déformations myocardiques en IRM, leur quantification à des fins diagnostiques, et leur modélisation en vue d'établir une référence numérique de normalité. <br /><br />Ses contributions concernent :<br />- l'élaboration d'une méthode robuste non supervisée d'estimation des déplacements myocardiques à partir de séquences d'IRM de marquage. Elle permet l'obtention de mesures de mouvement fiables en tout point du myocarde, à tout instant du cycle cardiaque et sous incidence de coupe arbitraire.<br />- le développement d'un outil de quantification dynamique des déformations à l'échelle du pixel et du segment myocardique, intégrant une étape de segmentation automatique du coeur par recalage d'images ciné IRM acquises conjointement aux données de marquage. Pour le coeur sain, la comparaison des mesures obtenues à des valeurs de référence issues d'une synthèse approfondie de la littérature médicale démontre une excellente corrélation. Pour des coeurs pathologiques, les expériences menées ont montré la pertinence d'une analyse quantitative multiparamétrique pour localiser et caractériser les zones atteintes.<br />- la construction d'un modèle statistique (atlas) de contraction d'un coeur sain. Cet atlas fournit des modèles quantitatifs de référence locaux et segmentaires pour les paramètres de déformation. Son intégration, en tant que modèle de mouvement, au processus de recalage des données d'IRM de marquage conduit en outre à une description très compacte des déplacements myocardiques sans perte de précision notable.

Introduction : La resynchronisation cardiaque (CRT) améliore les patients insuffisants cardiaques, symptomatiques malgré un traitement médical optimal et présentant un élargissement du QRS>120ms. Cependant, un tiers des patients ne répondent pas à cette thérapie. L'objet de cette thèse est d'identifier les mécanismes déterminant la réponse à la CRT. Méthode: Dans un premier temps, nous avons apprécié la précision des méthodes de quantification de la contraction myocardique utilisées pour caractériser l'asynchronisme. Ensuite, nous avons évalué les facteurs liés à l'asynchronisme et à la réponse à la CRT (fibrose, nécrose myocardique, réserve contractile). De plus, nous avons développé et validé un nouvel indice permettant d'évaluer les conséquences « énergétiques » de l'asynchronisme sur la contraction myocardique. Résultats: Nous avons démontré que le strain longitudinal en speckle tracking était supérieur au Doppler tissulaire pour évaluer la déformation et l'asynchronisme myocardique et qu'il était mieux corrélé au pronostic des patients insuffisants cardiaques. Ensuite nous avons mis en évidence que le retard de contraction mécanique n'était pas lié simplement à un bloc de conduction électrique mais qu'il était observé pour l'ensemble des segments myocardiques nécrosés. De plus ces zones de fibrose et de nécrose évaluées en échographie de stress influencent la réponse à la CRT. Ces résultats suggèrent l'importance de considérer le retard de contraction et la contractilité résiduelle pour prédire la réponse à la CRT. A partir de cette hypothèse, nous avons validé un indice unique associant l'asynchronisme et la contractilité résiduelle pour évaluer la perte d'énergie contractile liée au retard de contraction. Conclusion : Les travaux réalisés ont permis de développer des outils pour mieux apprécier les conséquences de l'asynchronisme myocardique. / Background: Randomized studies demonstrated that Cardiac Resynchronization Therapy (CRT) improves symptoms and survival in heart failure patients with wide QRS duration that remains symptomatic despite optimal medical treatments. However, up to 40% of patients did not response to CRT. The purpose of this work was to investigate the underlying mechanisms of mechanical cardiac dyssynchrony to optimize the identification of responder to CRT. Methods: The first part of our study was to identify the accurate echocardiography method for quantifying of myocardial deformation and dyssynchrony (Tissue Doppler Imaging and Speckle tracking analysis). Next, we studied factors (myocardial scar and contractile reserve) interacting with myocardial dyssynchrony and response to CRT. Then, we developed and validated a mathematical model (strain delay index) to assess the wasted energy related to myocardial dyssynchrony. Results: First we demonstrated that longitudinal strain computed from spec kle tracking analysis was superior to tissue Doppler imaging in assessing myocardial dyssynchrony and function with a better correlation with outcome in heart failure patients. Next, we showed that mechanical dyssynchrony was not specific of electrical delay but was prevalent in scar segments. In addition, using dobutamine stress echocardiography, we demonstrated that contractile reserve in delayed segments greatly impacts on response to CRT. Then, we proposed and validated a mathematical model, the strain delay index for assessing the wasted energy related to mechanical dyssynchrony. Conclusion: The mathematical model proposed in the present study to assess the impact of dyssynchrony on myocardial contractility allows a better identification of responder to CRT.

Ce travail de thèse avait pour objectif d'évaluer l'intérêt des peptides collagéniques sanguins dans différentes populations à haut risque de développer une insuffisance cardiaque (patients présentant une obésité abdominale ou en post-infarctus du myocarde) ou déjà symptomatiques (post-infarctus du myocarde). En effet la fibrose myocardique est un élément essentiel de l'évolution péjorative de l'insuffisance cardiaque.Ces travaux ont permis de montrer la pertinence clinique des dosages sanguins des peptides collagéniques tout au long du processus de l'insuffisance cardiaque : du stade asymptomatique aux stades symptomatiques. Nous avons mis en évidence, à travers l'expression des peptides collagéniques que : 1/ des patients asymptomatiques ayant une obésité abdominale présentent un remodelage cardiaque précoce tant structurel que fonctionnel (augmentation de la masse ventriculaire gauche, dysfonction diastolique associée au PIIINP) : R2C2 Study. 2/ le ratio PIIINP/ICTP ≤ 1, mesuré 1 mois après un infarctus, est indépendamment associé à la survenue d'un remodelage ventriculaire gauche à un an et améliore la prédiction de survenue d'évènements cardiovasculaires (décès cardiovasculaires et hospitalisation pour décompensation cardiaque) à 3 ans : REVE-2 study. 3/ les antagonistes des récepteurs aux minéralocorticoïdes (éplérénone), traitement anti-fibrotique par excellence, sont efficaces et sûrs (hyperkaliémie et insuffisance rénale) chez des patients à haut risque de remodelage et de complications: EMPHASIS-HF study. Ce travail doit conduire à la validation dans d'autres populations du rôle prépondérant de la fibrose mais surtout au bénéfice thérapeutique des classes anti-fibrotiques dans l'insuffisance cardiaque. / No abstract available

La carence en donneurs de méthyle est assez fréquente dans la période périnatale et au cours du vieillissement. Les donneurs de méthyle alimentaires, l'acide folique et la vitamine B12, influencent la teneur cellulaire en S-adénosylméthionine et S-adénosylhomocystéine et en homocystéine. Le lien entre les donneurs de méthyle et le métabolisme énergétique n'est pas connu, en dépit de leur rôle dans les voies liées à l'épigénétique et la synthèse de molécules méthylées. Nous avons évalué les conséquences d'un régime alimentaire déficient donneur de méthyle, dans le myocarde des ratons au moment du sevrage, soumis à une carence durant la gestation et la lactation. Le régime carencé augmente l'homocystéine plasmatique et S-adénosylhomocystéine myocardique. Les résultats mettent en évidence une cardiomyopathie hypertrophique et un déficit global de l'oxydation des acides gras avec acylcarnitines plasmatiques. Les liens entre le métabolisme des mono-carbones, l'oxydation mitochondriale des acides gras et de cardiomyopathie ont été constatées par des corrélations entre l'homocystéine et les acylcarnitines et le peptide natriurétique de type B. La carence en donneurs de méthyl peut être une condition aggravante de la cardiomyopathie en altérant l'oxydation des acides gras à travers une expression modifiée de PPAR[alpha] et ERR[alpha] et un déséquilibre de l'acétylation / méthylation de PGC1[alpha]. Nous avons montré que l'Hcy et Apo A-I ont été deux facteurs métaboliques déterminants de l'ABI dans une population ambulatoire de volontaires âgés d'une région rurale de la Sicile. L'influence négative de l'Hcy sur Apo A-I et sur le métabolisme des HDL ouvre des nouvelles perspectives sur l'implication de l'Hcy dans la physiopathologie de l'athérothrombose / The deficiency in methyl donors is prevalent in the perinatal period of life and in aging. Dietary methyl donors, folate and vitamin B12, influence the cellular content in Sadenosylmethionine and S-adenosylhomocysteine and increases homocysteine. The link between methyl donors and energy metabolism is not known, despite their role in pathways related to epigenetics and synthesis of methylated molecules. We evaluated the consequences of a diet lacking methyl donors, in myocardium of weaning rats from dams subjected to deficiency during gestation and lactation. The deficient diet increased plasma homocysteine and myocardium Sadenosylhomocysteine. The results evidenced a hypertrophic cardiomyopathy with a global deficit in fatty acid oxidation with increased plasma acylcarnitines. The links between one-carbone metabolism, mitochondrial fatty acid oxidation and cardiomyopathy were ascertained by correlations between hyperhomocysteinemia, short-, medium- and long-chain acylcarnitines, and type-B natriuretic peptide. Methyl donor deficiency may be an aggravating condition of cardiomyopathy by impairing fatty acid oxidation through altered expression of PPAR[alpha] and ERR[alpha] and imbalanced acetylation/methylation of PGC1[alpha]. Finally, in a clinical study we sshowed that the Hcy and Apo A-I were two metabolic factors that influence the « anckle brachial index » in an ambulatory aged Sicilian population. The influence of homocysteine on Apo A-I and HDL metabolism provides new insights on its role on vascular diseases, at a cross-point between atherosclerosis and atherothrombosis

La tomoscintigraphie myocardique est considérée comme un examen de référence pour le diagnostic et l'évaluation de la maladie coronarienne. Mise au point dans les années 1980, cette technique est en pleine mutation depuis l'arrivée de nouvelles caméras à semi-conducteurs. Deux caméras à semi-conducteurs, dédiées à la cardiologie nucléaire et utilisant des détecteurs de Cadmium Zinc Telluride sont actuellement commercialisées : la Discovery NM-530c (General Electric) et la DSPECT (Spectrum Dynamics). Les performances de ces caméras CZT ont été évaluées : 1) à la fois sur fantôme et sur des examens d'effort provenant de patients à faible probabilité de maladie coronaire, et 2) avec les paramètres d'acquisition et de reconstruction utilisés en clinique. Les résultats ont démontré la nette supériorité des caméras CZT en termes de sensibilité de détection, de résolution spatiale et de rapport contraste sur bruit par rapport à la génération de caméras d'Anger. Ces propriétés vont permettre de diminuer très fortement les temps d'acquisition et les activités injectées, tout en améliorant la qualité des images. Néanmoins, on connaît encore mal les limites et possibles artéfacts liés à la géométrie particulière d'acquisition. C'est pourquoi nous avons développé, avec la plateforme de simulations Monte Carlo GATE, un simulateur numérique spécifique de la caméra DSPECT. Nous avons pu ensuite le valider en comparant des données effectivement enregistrées aux données simulées. Ce simulateur pourrait aider à optimiser les protocoles de reconstruction et d'acquisition, en particulier les protocoles les plus complexes (acquisitions double traceur, études cinétiques) / Myocardial single-photon emission computed tomography (SPECT) is considered as the gold standard for the diagnosis of coronary artery disease. Developed in the 1980s with rotating Anger gamma-cameras, this technique could be dramatically enhanced by new imaging systems working with semi-conductor detectors. Two semiconductor cameras, dedicated to nuclear cardiology and equipped with Cadmium Zinc Telluride detectors, have been recently commercialized: the Discovery NM- 530c (General Electric) and the DSPECT (Spectrum Dynamics). The performances of these CZT cameras were compared: 1) by a comprehensive analysis of phantom and human SPECT images considered as normal and 2) with the parameters commonly recommended for SPECT recording and reconstruction. The results show the superiority of the CZT cameras in terms of detection sensitivity, spatial resolution and contrast-to-noise ratio, compared to conventional Anger cameras. These properties might lead to dramatically reduce acquisition times and/or the injected activities. However, the limits of these new CZT cameras, as well as the mechanism of certain artefacts, remain poorly known. That?s why we developed, with the GATE Monte Carlo simulation plateform, a specific simulator of the DSPECT camera. We validated this simulator by comparing actually recorded data with simulated data. This simulator may yet be used to optimize the recorded and reconstruction processes, especially for complex protocols such as simultaneous dual-radionuclide acquisition and kinetics first-pass studies

La tomoscintigraphie myocardique (TMS) et la coronarographie par tomodensitométrie àmultidétecteurs (coro-TDM) sont deux techniques d’imagerie utilisées pour l'évaluation noninvasive de la maladie coronarienne. La TMS fournit une représentation 3D de la perfusionmyocardique. Le coro-TDM apporte des informations anatomiques liées à l’arbre artériel etpermet de détecter la présence de sténoses coronaires. La combinaison des informationscomplémentaires fournies par ces deux modalités permet aux médecins nucléaires debénéficier de repères anatomiques et d'isoler la sténose responsable de la souffrance et del'insuffisance coronaire du patient.La segmentation des artères coronaires est une étape préliminaire importante pour lavisualisation de l'anatomie des vaisseaux avec la perfusion myocardique. Nous proposons uneméthode de segmentation des vaisseaux sans détection de la ligne médiane fondée sur lamorphologie mathématique et la croissance de région. Cette méthode s'avère être un boncompromis entre temps de calcul et précision.La seconde partie de ces travaux concerne le recalage des images TSM et coro-TDM. Cetteétape nécessite la mise en place de méthodes adaptées aux modalités anatomiques etfonctionnelles mises en jeu. Notre méthode repose sur un formalisme d'information mutuelleexploitant un modèle non paramétrique de densité par noyaux de Parzen, rendu robuste grâceà l'estimation des matrices de largeurs de bande de rang plein, et sur un schéma d'optimisationstochastique fondé sur le filtrage particulaire.La TSM et les artères coronaires sont projetées et fusionnées sur un bull's eye pour permettreune analyse conjointe de la localisation des sténoses et des anomalies de la perfusionmyocardique. La nouvelle quantification proposée intègre la fusion des informationsanatomiques et fonctionnelles : chacun des 17 segments du ventricule gauche est affecté demanière spécifique à l'artère coronaire dont la distance géodésique à la surface du myocardeest la plus faible.L'application proposée est adaptée pour une utilisation en routine clinique en cardiologienucléaire. L'absence de gold standard pour l'évaluation du recalage en imagerie cardiaquenous a conduit à utiliser une base de données d'IRM de cerveau. Puis, l'approche a été testéesur un fantôme cardiaque et des données cliniques. Les artères coronaires peuvent êtresegmentées jusqu'à 1 mm de diamètre. La précision de la méthode de recalage est de l'ordrede la résolution de la TSM. L'étude de faisabilité de la quantification spécifique patient de laperfusion myocardique a montré une meilleure discrimination entre les territoires coronaires. / No abstract available

Les maladies cardiovasculaires représentent la première cause de mortalité dans le monde. Plus de 42 % de cette mortalité est imputable à la maladie coronaire causée par la rupture ou l'érosion de plaques d'athérome vulnérable. A l'heure actuelle, aucune technique ne permet de détecter de manière non invasive les plaques d'athérome vulnérables. La 1ère partie de cette thèse porte sur l'évaluation de nouveaux radiotraceurs pour la détection des plaques d'athérome vulnérables. Les radiotraceurs 99mTc-B2702p, ses 20 dérivés, 99mTc-VP et 99mTc-VINP28, ont été évalués dans un modèle expérimentale de lésion athérosclérotique induite par ligature de la carotide gauche chez la souris Apo E-/- hypercholestérolémique. Seul le dérivé 99mTc-B2702p1 a permis de réaliser l'imagerie de la lésion athérosclérotique chez la souris Apo E-/-. L'angiogenèse myocardique est un phénomène important qui se met en place après un infarctus du myocarde. Expérimentalement, les traitements pro-angiogéniques améliorent les paramètres cardiaques. Cependant, les études cliniques réalisées ne présentent pas de consensus sur l'amélioration de la perfusion myocardique suite à l'administration de ces mêmes traitements. Les techniques d'imagerie utilisées actuellement en clinique ne permettent pas de contrôler l'efficacité des traitements pro-angiogéniques administrés après un infarctus du myocarde. La 2ème partie de cette thèse porte sur la validation du 99mTc-RAFT-RGD dans la détection de l'angiogenèse myocardique. Le 99mTc-RAFT-RGD, administré dans un modèle d'ischémie-reperfusion de rat, a permis de réaliser l'imagerie non invasive de l'angiogenèse myocardique.

L'hypoxie intermittente (HI) est une composante majeure du syndrome d'apnées obstructives du sommeil (SAOS). Cette pathologie affectant 5% de la population générale, correspond à des épisodes répétitifs de collapsus du pharynx pendant le sommeil, à l'origine d'une hypoxie. Le SAOS est associé à une augmentation du risque cardiovasculaire. <br />Le but de ce travail est de caractériser d'une part, les effets sur la fonction cardiaque d'une exposition aiguë chez le rat, et d'autre part, les conséquences inflammatoires, marqueurs précoces de l'athérogenèse, d'une exposition chronique chez la souris. <br />24 h après une exposition aiguë à l'HI (4 h à 10% d'O2) une récupération fonctionnelle post-ischémique et une réduction de la nécrose cellulaire sont observées suite à une séquence d'ischémie-reperfusion dans un modèle de cœur isolé. Ces évènements reflètent un phénomène de protection myocardique retardée, encore appelé préconditionnement (PC) myocardique. Ce PC induit par l'HI, semble impliquer divers acteurs, la p38 MAP kinase et Erk1/2 comme initiateurs, la PKC, la iNOS et les canaux KATP mitochondriaux comme médiateurs. La compréhension du rôle de chacun de ces acteurs permettrait d'utiliser ces cibles potentielles afin de prévenir les maladies cardiovasculaires. <br />L'exposition chronique à l'HI (5, 14 et 35 jours à 5% d'O2), induit une augmentation de la prolifération cellulaire, des taux de chimiokines inflammatoires ainsi que du phénomène de «rolling» leucocytaire. L'analyse approfondie de ce phénotype inflammatoire chez l'animal, permettrait de comprendre dans une perspective thérapeutique, l'athérogenèse développée par les patients porteurs de SAOS.

Reproduction de : Thèse d'exercice : Médecine : Nancy 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre.