La rigidité artérielle fait référence à la perte d'élasticité principalement dans les grandes artères telles que l'aorte et les carotides. On sait que la rigidité artérielle chroniquement élevée contribue à des modifications vasculaires cérébrales telles que des lésions parenchymateuses de la substance blanche cérébrale via une modification du flux sanguin cérébral. En particulier, parmi les structures perfusées par les artérioles fournies par les artères cérébrales antérieure et moyenne, le corps calleux, la capsule interne, la corona radiata et le faisceau longitudinal supérieur sont les plus vulnérables à l’hypoperfusion. Des études antérieures ont montré que l'augmentation de la rigidité artérielle évaluée par la vitesse de l'onde de pouls carotide-fémorale (cfPWV) est associée à une diminution de l'anisotropie fractionnelle (FA) et à une augmentation de la diffusivité radiale (RD). On a émis l'hypothèse que les altérations au niveau des régions vulnérables de la substance blanche (par exemple, le corps calleux, la capsule interne) seraient probablement liées à la démyélinisation axonale. Cependant, bien que la RD a auparavant été corrélée avec la démyélinisation axonale, l'imagerie de diffusion est principalement aveugle à la myéline. En revanche, l'imagerie par transfert de magnétisation (MT) est une métrique adaptée pour estimer la fraction volumique de myéline. De plus, malgré leur sensibilité à l'organisation des fibres axonales, les métriques de tenseur de diffusion (DTI) telles que les FA et RD manquent de spécificité pour la microstructure tissulaire individuelle. Des modèles microstructuraux plus avancés tels que l’imagerie dispersion et de l'orientation des neurites (NODDI) fournissent des outils pour disséquer les changements microstructuraux derrière les mesures DTI.
Dans l'article 1, nous avons utilisé les métriques de DTI et basé sur le MT pour examiner de plus près l'interaction entre la rigidité artérielle et la microstructure de la substance blanche chez les personnes âgées de plus de 65 ans. Nous avons constaté que la mesure de référence absolue de la rigidité artérielle, la mesure de la vitesse de l'onde de pouls entre l’artère fémorale et carotidienne (cfPWV) était associée à l'organisation axonale des fibres telle que reflétée par FA et RD plutôt qu'à la démyélinisation dans les régions de la substance blanche qui ont été précédemment désignées comme vulnérables à rigidité artérielle. Dans notre deuxième article, nous avons utilisé le modèle NODDI pour approfondir la relation entre le cfPWV et l'organisation axonale. Nos résultats ont montré que la cfPWV est positivement associée à la diffusion extracellulaire de l'eau (ISOVF), ce qui signifie que la rigidité artérielle peut entraîner une dispersion axonale, diminuant la contrainte de directionnalité de l'eau le long des axones. En outre, nous avons constaté que la rigidité artérielle est associée à une augmentation de la densité des fibres dans le corps calleux tel que mesuré par l’ICVF, ce qui pourrait suggérer que les personnes à risque plus élevé de déclin cognitif présentent des mécanismes compensatoires précoces avant l'apparition de signes cliniques de déclin cognitif.
Compte tenu de la forte interaction entre la rigidité artérielle et le déclin à la fois de la structure du cerveau et des fonctions cérébrales, on peut envisager un avenir meilleur où la rigidité artérielle sera mesurée dans la pratique clinique de routine afin d'identifier les personnes à risque plus élevé d’altérations de la substance blanche et de déclin cognitif. Ces personnes pourraient bénéficier de programmes multi-interventionnels visant à préserver la structure et la fonction cérébrale. Un seuil de rigidité artérielle est donc nécessaire pour identifier ces individus. L'article 3 présente la première estimation d'une valeur seuil de cfPWV à laquelle la rigidité artérielle affecte la microstructure de la substance blanche chez les personnes âgées. Nos résultats suggèrent que le seuil actuel de 10 m / s de cfPWV adopté par la Société européenne d'hypertension n'est peut-être pas le seuil optimal pour diviser les individus en groupes à risque neurovasculaire élevé et faible. Au lieu de cela, nos résultats suggèrent que le seuil de cfPWV est plus susceptible d’être autour de 8,5 m / s. Bien que le cfPWV offre une excellente valeur pronostique chez les adultes, il reste malheureusement principalement utilisé dans la recherche en raison du besoin d'experts formés pour cette mesure. À l'inverse, la mesure de l'indice de rigidité artérielle (ASI) à l'aide de la pléthysmographie suscite un intérêt croissant ces dernières années en raison de son approche simple à utiliser. Dans l'article 4, nous avons étudié la relation entre l'ASI et la pression pulsée (PP) qui est une mesure indirecte de la rigidité artérielle, avec la FA et les lésions de la substance blanche chez les participants du UK Biobank. Nous avons constaté que la PP prédit mieux l'intégrité de la substance blanche que l'ASI chez les participants de moins de 75 ans. Cette constatation implique que l'ASI de la pléthysmographie ne semble pas être une mesure fiable de la rigidité artérielle chez les personnes âgées.
Des études futures sont évidemment nécessaires pour valider nos résultats, en particulier notre seuil de cfPWV. Une fois ce seuil validé, nous envisageons un avenir radieux où la mesure du cfPWV sera non seulement utilisée pour aider à sélectionner les personnes qui bénéficieraient le plus d'un programme multi-interventionnel visant à préserver l'intégrité cérébrale, mais pourrait également être utilisée pour surveiller l’effet d’une telle intervention. / Arterial stiffness refers to the loss of elasticity mainly in large arteries such as the aorta and carotids. Chronically elevated arterial stiffness contributes to cerebrovascular changes such as cerebral white matter parenchymal damage via an alteration of cerebral blood flow. In particular, among the areas perfused by arterioles supplied by the anterior and middle
cerebral arteries, the corpus callosum, the internal capsule, the corona radiata, and the superior longitudinal fasciculus are more vulnerable to cerebral hypoperfusion. Previous studies have shown that increased arterial stiffness as assessed by carotid-femoral pulse wave velocity (cfPWV) is associated with a decrease in fractional anisotropy (FA) and
increase in radial diffusivity (RD). It was hypothesized that alterations in vulnerable white matter tracts (e.g. corpus callosum, internal capsule) are likely to be related to axonal demyelination. However, while RD was previously correlated with axonal demyelination, diffusion imaging is mostly blind to myelin. In contrast magnetization transfer (MT) imaging is
a tailored metric to estimate myelin volume fraction. Moreover, despite their sensitivity to axon fiber organization, diffusion tensor metrics (DTI) such as FA and RD lack specificity for individual tissue microstructure. More advanced microstructural model such as neurite orientation dispersion and density imaging (NODDI) give tools to disecate the microstructural
changes behind DTI metrics.
In Article 1 we used DTI and MT based metric to look more closely at the interplay between arterial stiffness and white matter microstructure in older adults > 65 years old. We found that the gold standard measure of arterial stiffness, the measure of carotid femoral pulse wave velocity (cfPWV) was associated with axonal fiber organization as reflected by FA and RD rather than demyelination in the white matter regions that have been previously denoted as vulnerable to arterial stiffness. In our second Article, we used the NODDI model to take a further look at the relationship between cfPWV and axonal organization. Our results showed that cfPWV is positively associated with the extracellular water diffusion (ISOVF) which means that arterial stiffness may result in axonal dispersion, lessening the constraint of water directionality along axons. In addition, we found that arterial stiffness is associated with increased fibers density in the corpus callosum as measured by ICVF which could suggest that individuals at higher risk for cognitive decline demonstrate early compensatory
mechanisms before the appearance of clinical signs of cognitive decline.
Considering the strong interplay between arterial stiffness and decline both in brain structure and function, one can envision a bright future where arterial stiffness would be measured in routine clinical practice in order to identify individuals at higher risk for white matter changes and cognitive decline. Such individuals could benefit from multi-interventions programs
aiming to preserve brain structure and function. A cut-off arterial stiffness is thus needed to identify these individuals. Article 3 presents the first estimation of an cfPWV cut-off value at which arterial stiffness impacts the white matter microstructure in older adults. Our results suggested that the current 10 m/s cfPWV cut-off adopted by the European Society of
Hypertension may not be the optimal threshold to split individuals into high and low neurovascular risk groups. Instead, our findings suggest that the cfPWV cut-off is more likely to fall around 8.5 m/s. While cfPWV provides excellent prognostic value in adults, it remains unfortunately mainly used in research due to the need of trained experts. Conversely,
measure of arterial stiffness index (ASI) using plethysmography is getting increased interest in the last few years due to its simple-to-use approach. In article 4, we investigated the relationship between ASI and pulse pressure (PP), an indirect measure of arterial stiffness, with FA and white matter lesions in participants of the UK Biobank. We found that PP better
predicts white matter integrity compared to ASI in participants younger than 75 years old.
This finding implies that ASI from plethysmography may not be a reliable measure of arterial stiffness in older adults.
Future studies are obviously needed to validate our results, in particular our cfPWV cut-off.
Once such cut-off will be validated, the present author envision a bright future where measure of cfPWV will not only be used to help selecting individuals that would most benefit from a multi intervention program aiming to preserve brain integrity, but could also be used to monitor the effect of such intervention.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:umontreal.ca/oai:papyrus.bib.umontreal.ca:1866/26946 |
| Date | 05 1900 |
| Creators | Badji, Atef |
| Contributors | Cohen-Adad, Julien, Girouard, Hélène |
| Source Sets | Université de Montréal |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | thesis, thèse |
| Format | application/pdf |
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