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京都大学 / 新制・論文博士 / 博士(医学) / 乙第13465号 / 論医博第2252号 / 新制||医||1055(附属図書館) / (主査)教授 伊達 洋至, 教授 小西 靖彦, 教授 山下 潤 / 学位規則第4条第2項該当 / Doctor of Medical Science / Kyoto University / DFAM

Introduction: Impaired isometric muscle strength and muscle endurance in adults with Fontan circulation has previously been reported. However, the knowledge if corresponding impairment is present in children and adolescents with Fontan circulation is scarce. Aim: The aim was to examine the isometric muscle strength and muscle endurance of the lower limbs in children and adolescents with Fontan circulation in comparison to age and sex matched controls. Method: In this cross-sectional study 43 children and adolescents (6-18 years) with Fontan circulation and 43 controls were included. Isometric knee extension and plantar flexion muscle strength was assessed using dynamometry (Newton:N). Unilateral isotonic heel-lift until exhaustion was used for evaluation of lower limb muscle endurance. Analysis on group level (n=43) and for the subgroups 6-12 years (n=18) and 13-18 years (n=25) was performed. Results: On group level the children and adolescents with Fontan circulation had impaired isometric plantar flexion strength for the left leg compared to controls (393.9±181.1N vs. 492.5±241.6N, p=0.04). In addition, they had impaired isometric knee extension strength bilaterally (right 222.8±101.1N vs. 293.0±164.9N, p=0.02, left 220.7±102.7N vs. 279.5±159.1N, p=0.05). In contrast, lower limb muscle endurance did not differ. In subgroup analysis, the impaired isometric strength was only present in the group of adolescents. Conclusion: Adolescents with Fontan circulation had impaired isometric muscle strength compared to controls. However, no corresponding differences were found in children. Further, lower limb muscle endurance did not differ. This implies that the impaired isometric muscle strength may develop during adolescence whereas the impaired muscle endurance may occur later. / Del av en multicenterstudie

Les cœurs univentriculaires sont des cardiopathies congénitales, non compatibles avec la vie. Fontan a transformé le pronostic de ces patients en restaurant une circulation pulmonaire passive. Malheureusement, le pronostic à long terme reste péjoratif. Pour diminuer la morbi-mortalité de ces patients, nous avons développé un protocole chirurgical de pré-conditionnement, permettant une totalisation de Fontan percutanée adaptative aux résistances pulmonaires et aux capacités de travail du ventricule. Nous avons pu observer que les chaînes respiratoires mitochondriales n’ont pas la possibilité d’adapter leur production énergétique face au travail. Le déséquilibre de la balance Nitroso-Redox engendrera le mitohormésis et l’hormésis, puis inéluctablement surviendra un remodelage myocardique mal adaptatif. La seule possibilité pour améliorer le pronostic à long terme de ces patients sera d’augmenter les capacités oxydatives myocardiques du ventricule unique ou de créer une pompe pulmonaire. / Univentricular hearts are congenital heart diseases, not compatible with life. Fontan transformed the prognosis of these patients by restoring a passive pulmonary circulation. Unfortunately, the long-term prognosis remains pejorative. To reduce the morbidity and mortality of these patients, we developed a surgical preconditioning protocol, allowing a percutaneous Fontan totalization, adaptive to pulmonary resistance and to the working capacity of the ventricle. We observed that the mitochondrial respiratory chains do not have the ability to adapt their energy production toward work. The desequilibrium of the Nitroso-redox balance will generate mitohormesis and hormesis, then will inevitably occur a poorly adaptive myocardial remodeling. The only way to improve the long-term prognosis of these patients is to increase the myocardial oxidative capacities of the single ventricle or to create a pulmonary pump.

L’intervention de Fontan est une chirurgie palliative pour les cardiopathies congénitales univentriculaire. A long terme, la défaillance cardiaque, l’hypertension artérielle pulmonaire(HTAP) et l’entéropathie exsudative peuvent mener à l’échec tardif du Fontan.Une mise au point clinique a été realisée en se focalisant secondairement sur les patients adultes.L’intérêt de la cavo bipulmonaire (CBP), étape intermédiaire au Fontan, dans certains cas de retours veineux pulmonaires anormaux totaux a été décrite. Afin d’affiner de futures études cliniques, nous avons discuté de l’intérêt du Brain NatriureticPeptide en post opératoire de Fontan. Nous avons démontré la fiabilité d’une nouvelle technologiede l’oxyme´trie de pouls chez des enfants cyanosés et la non fiabilité d’un nouveau dispositifd’impédancemétrie pour le monitorage non invasif du de´bit cardiaque en comparaison avecun cathéter artériel pulmonaire.Un modèle animal viable et chronique de la CBP a été développé. Il a montré que le flux pulsatileantérograde empêche la formation de fistules artério-veineuses pulmonaires (FAVP), améliorel’hématose et atténue le développement de l’HTAP soutenant cliniquement le maintien de ce fluxlors de la création d’une CBP. Par ailleurs, la perte de pulsatilité, en diminuant le contrainte de cisaillement, entraîne unediminution de l’eNOS synthase et une réponse altérée vaso-relaxante dépendante de l'endothélium artérielle pulmonaire. La micropulsatilité limite ces effets délétères. Ces résultats impliquent desthérapies potentielles contre l’HTAP du Fontan, en maintenant un débit pulmonaire accessoire et la modulation pharmaceutique vaso-relaxante non endothélium-dépendante / The Fontan surgery is a palliative surgery for univentricular congenital heart disease. On the longterm, heart failure, pulmonary arterial hypertension (PAH) and exudative enteropathy may lead tothe Fontan failure.A clinical adjustment has been realized by focusing secondarily on adult patients. The advantage, insome cases of total anomalous pulmonary venous return, of the bidirectional cavopulmonary (BCP),which is an intermediate stage of Fontan, has been described.In order to prepare future clinical studies, we have discussed about Brain Natriuretic Peptide inpostoperative Fontan surgery. We have demonstrated the reliability of a new technology of pulseoxymetry in cyanotic children and the unreliability of a new device of impedance for non-invasivemonitoring of cardiac outpout in comparison with pulmonary arterial catheter.A viable chronic animal model of bidirectional cavo-pulmonary (BCP) has been developed. Itshowed that the antegrade pulsatile flow prevents the formation of pulmonary arteriovenous fistulas(PAVMs) ,improves hematosis and attenuates the development of PAH clinically supporting themaintenance of this flow when creating a BCP.Moreover, the loss of pulsatility while reducing the shear stress causes a decrease in e-NOSsynthase and a dependent vaso-relaxing altered response of the pulmonary arterial endothelium. Themicropulsatility limits these deleterious effects. These results imply potential therapies against thePAH of Fontan surgery, maintaining an accessory pulmonary blood flow and the pharmaceuticalvaso-relaxing non-endothelium dependent modulation.

Plusieurs avancées exceptionnelles ont permis à un nombre grandissant d’enfants avec pathologies cardiaques complexes d’atteindre l’âge adulte. Ainsi, plus de patients développent maintenant des complications en lien avec leur maladie ou leurs antécédents chirurgicaux. Malheureusement, en raison de nombreux obstacles limitant la recherche en cardiopathie congénitale adulte, un écart de savoir perdure et freine l’optimisation des soins. En attendant le couplage de grands registres pédiatriques et adultes facilitant l’accès aux données existantes, les projets multicentriques indépendants demeurent essentiels. Cette thèse présente deux études multicentriques de cohorte comparant des techniques opératoires couramment utilisées dans le traitement de pathologies congénitales cardiaques complexes dans le but de promouvoir la santé des patients à long terme. La première étude visait à évaluer l’impact chronique du type de procédure de Fontan sur le risque thromboembolique. Pour ce projet nord-américain, 522 patients avec connexion atriopulmonaire (21.4%), tunnel latéral (41.8%) ou conduit extracardiaque (36.8%) ont été recrutés. À l’aide d’analyses multivariées contrôlant pour la décennie opératoire et les effets variables dans le temps de l’arythmie et de la thromboprophylaxie, l’étude a conclu à un plus faible risque de complications thromboemboliques systémiques (rapport des risques instantanés [RRI] : 0.20 ; intervalle de confiance [IC] à 95% : 0.04-0.97) et combinées (RRI : 0.34 ; IC à 95% : 0.13-0.91) avec le conduit extracardiaque. Ces résultats remettent en question la croyance populaire selon laquelle cette technique serait plus thrombogène en raison d’un grand contact avec du matériel synthétique et d’un débit limité par le calibre fixe du greffon. La deuxième étude avait pour but d’investiguer, auprès de patients avec tétralogie de Fallot ou sténose pulmonaire corrigée nécessitant une implantation de valve pulmonaire, l’efficacité immédiate et l’innocuité d’une intervention concomitante sur la valve tricuspide. Pour ce projet pancanadien, 542 patients ayant subi un remplacement isolé de la valve pulmonaire (66.8%) ou une chirurgie combinée des valves pulmonaire et tricuspide (33.2%) ont été enrôlés. À l’aide d’analyses multivariées, cette étude a révélé que la chirurgie combinée était associée à une plus grande réduction du grade de régurgitation tricuspidienne qu’un remplacement isolé de la valve pulmonaire (rapport de cotes [RC] : 0.44 ; IC à 95% : 0.25-0.77) sans une augmentation des complications périopératoires (RC : 0.85 ; IC à 95% : 0.46-1.57) ou du temps d’hospitalisation (ratio du taux d’incidence : 1.17 ; IC à 95% : 0.93-1.46). Ces résultats questionnent la pertinence d’une gestion conservatrice de l’insuffisance tricuspide sévère. De plus, ils confirment qu’une procédure ciblée peut améliorer de façon sécuritaire la fuite modérée au-delà de l’effet produit par la décharge du ventricule – une stratégie potentiellement avantageuse auprès de jeunes patients déjà à haut risque de défaillance cardiaque droite. En conclusion, avec une puissance statistique plus élevée que les études précédemment publiées, ces travaux ont permis une comparaison valide et pertinente de techniques opératoires couramment utilisées en chirurgie cardiaque congénitale, ce qui influencera possiblement la pratique. Ultimement, cette thèse souligne l’importance de promouvoir la collaboration afin de répondre aux besoins émergents des patients avec pathologies congénitales cardiaques complexes. / Outstanding technical advances have made possible for a growing number of infants with complex heart disease to survive into adulthood. Consequently, more patients are now living long enough to experience late complications related to their underlying pathology or sequelae from past interventions. However, due to the inherent challenges of carrying research in adult congenital heart disease, important knowledge gaps prevent further optimization of care. Waiting on broad linkage of pediatric and adult databases to facilitate access to data, stand-alone multicenter research initiatives remain essential. The current body of work presents two multicenter cohort studies which were designed to help improving the long-term health of patients with complex heart disease through a comparison of common operative techniques. The first study sought to evaluate the chronic impact of Fontan surgery type on the thromboembolic risk. This North American cohort enrolled 522 patients with univentricular palliation consisting of an atriopulmonary connection (21.4%), lateral tunnel (41.8%) or extracardiac conduit (36.8%). In multivariable analyses stratified by surgical decade and controlling for the time-varying effects of atrial arrhythmias and thromboprophylaxis, extracardiac conduits were independently associated with a lower risk of systemic (hazard ratio [HR]: 0.20 vs. lateral tunnel; 95% confidence interval [CI]: 0.04-0.97) and combined (HR: 0.34 vs. lateral tunnel; 95% CI: 0.13-0.91) thromboembolic events. These results cast doubt on the widely held notion that extracardiac conduits are potentially more thrombogenic than lateral tunnels by virtue of greater exposure to synthetic material and relative flow restriction through a fixed pathway. The second study investigated, in patients with repaired tetralogy of Fallot or equivalent disease undergoing a first pulmonary valve implant, the early effectiveness and safety of concomitant tricuspid valve intervention. This pan-Canadian cohort included 542 patients who underwent isolated pulmonary valve replacement (66.8%) or combined pulmonary and tricuspid valve surgery (33.2%). In multivariable analyses, combined surgery was associated with a greater reduction in tricuspid regurgitation grade than isolated pulmonary valve replacement (odds ratio [OR]: 0.44; 95% CI: 0.25-0.77) without an increase in early adverse events (OR: 0.85; 95% CI: 0.46-1.57) or hospitalization time (incidence rate ratio: 1.17; 95% CI: 0.93-1.46). These results strongly question the appropriateness of conservative management of severe tricuspid regurgitation at the time of pulmonary reintervention. Furthermore, they confirm that concomitant tricuspid valve intervention can safely improve moderate insufficiency beyond the effect of right ventricular offloading – a strategy likely worthwhile to adopt in a population of young adults already at high risk of right heart failure. In conclusion, with higher statistical power than previously published studies, the presented body of work allowed for a valid comparison of common surgical techniques used in congenital cardiac care, which will likely impact current practices. Ultimately, this thesis underlines the importance of fostering collaboration in order to meet the emerging health needs of patients with complex heart disease.