Thèses sur le sujet « Sténose valvulaire aortique (AVS) »

La sténose aortique (SA) est la maladie valvulaire cardiaque ayant la plus forte prévalence dans les pays occidentaux. On s’aperçoit que, malgré le respect des recommandations pour les indications opératoires, les patients présentent des évolutions très variables après chirurgie : certains patients restent symptomatiques, décèdent précocement, ou présentent une dysfonction ventriculaire gauche persistante. Il a été montré que les patients présentant à la fois une SA en bas débit (c’est-à-dire un volume d’éjection bas), une fraction d’éjection ventriculaire gauche (FEVG) altérée et un gradient de pression entre le ventricule et l’aorte abaissé avaient un pronostic péjoratif, avec un risque opératoire majoré lorsqu’ils subissaient un remplacement valvulaire chirurgical. Il a aussi été récemment démontré que, dans le contexte de la SA, un bas débit peut survenir alors que la FEVG est normale. Les objectifs généraux de ce doctorat sont d’étudier l’impact du débit (plus précisément le volume d’éjection ventriculaire gauche) sur le pronostic des patients atteints de SA, ainsi que l’évolution du débit après intervention et les déterminants de son évolution. Les résultats indiquent que le volume d’éjection ventriculaire gauche, que ce soit avant intervention, ou son évolution après TAVI (Transcatheter Aortic Valve Implantation), sont des prédicteurs indépendants puissants de mortalité chez ces patients
Aortic stenosis (AS) is the most common valvular heart disease in occidental countries. Despite proper use of the guidelines, some patients can present adverse outcomes after surgery: some of them remain symptomatic, some die prematurely, or suffer from a persistant left ventricular dysfunction. It has been demonstrated that patients presenting an AS with low flow (i.e. low stroke volume), impaired left ventricular ejection fraction (LVEF), and a low transvalvular mean gradient, have poor prognosis, with increased risk during aortic valve replacement surgery. It has also been demonstrated that, in AS, a low flow can occur despite a preserved LVEF. The main goals of this PhD were to evaluate the impact of flow (more precisely left ventricular stroke volume) on the prognosis of patients with AS, the evolution of flow after intervention, and the factors that influence it. The results show that left ventricular stroke volume, before or after intervention, or its evolution after TAVI (Transcatheter Aortic Valve Implantation), are powerful independant predictors of mortality

Objectif : La sténose valvulaire aortique est la pathologie cardiaque la plus fréquente. Les microARNs sont des biomarqueurs de nouvelle génération, régulant l'expression des gènes impliqués dans diverses pathologies. Rechercher le rôle des microARNs dans les calcifications rapides des valves aortiques en prenant comme exemple la bicuspide aortique. Méthodes : Étude observationnelle prospective sur une cohorte de valves aortiques calcifiées tricuspides et bicuspides. Nous avons comparé l'expression de 6 MicroARNs (miR-26a,-30b,-92a,-141,-195 et -223) entre les 2 types de valves. Les résultats ont été corrélés aux données cliniques de sévérité de la pathologie sténosante. Le Comité de Protection des Personnes a approuvé cette étude non interventionnelle. Résultats : Étude préliminaire sur 19 valves (11 Tricuspides et 8 Bicuspides) a permis de mettre en évidence une différence significative de l'expression des miR-92a et -141 entre les 2 groupes de valves (0.3 v/s 0.85, p=0.0006 ; 0.03 v/s 0.06 ; p=0.005), respectivement pour les valves tricuspides et bicuspides. L'étude définitive a porté sur un plus grand échantillon avec 30 valves tricuspides et 17 valves bicuspides. Le miR-92a a été significativement surexprimé dans les valves bicuspides par rapport aux valves tricuspides (0.06 v/s 0.03 ; p<0.0001). L'expression du miR-92a a été directement corrélée au gradient transvalvulaire, reflet de la sévérité de la sténose aortique (r = 0.3257, p = 0.04). Conclusion : miR-92a est significativement surexprimé dans les valves aortiques bicuspides. Une étude plus élargie sur son expression sérique pourrait le proposer comme marqueur de calcification rapide de la valve aortique
Objective: Aortic valve stenosis is, nowadays, the most frequent valvular heart disease. Its evolution remains different between tricuspid and bicuspid valves, with an earlier and more rapid calcification in the bicuspid patients. MicroRNA are emergent genetic intra- and extra-cellular regulator of the expression of mRNA. The aim of our study is to compare the microRNA expression between both valvular groups.Methods: We conducted a prospective observational study on a small sample of tricuspid and bicuspid aortic valve, on which we studied the expression of 6 microRNAs (miR-26a, -30b, -92a, -141, -195 and -223). The study was approved by the local ethic committee. Results: On this reduced sample, only miR-92a and -141 were significantly overexpressed in bicuspid aortic valves (0.3 v/s 0.85, p=0.0006; 0.03 v/s 0.06; p=0.005) respectively for tricuspid and bicuspid valves. As a second step, we studied the expression of these 2 microRNAs in a larger cohort of 47 valves. Only miR-92a was significatively overexpressed in bicuspid aortic valves (0.06 v/s 0.03; p<0.0001). Furthermore, a positive correlation between transvalvular preoperative mean gradient and the expression of mi-92a, as a direct clinical correlation between the tissular expression and a preoperative clinical assessment of the AS severity (r = 0.3257, p = 0.04). Conclusion: miR-92a is overexpressed in bicuspid aortic valves. Further studies are necessary to measure its seric expression and correlate it to the clinical findings, in order to present this microRNA as a potential seric biomarker of rapid aortic valve calcification

La sténose aortique calcifiante est la plus commune des maladies cardiovasculaires dans les pays occidentaux après la maladie des artères coronaires et l’hypertension artérielle systémique. À ce jour on ne dispose d’aucun traitement capable d’arrêter ou ralentir la progression de la sténose aortique. Les seuls traitements dont on dispose, sont le remplacement valvulaire aortique ou l’implantation de valves par transcathéter dans les cas de sténose sévère symptomatique. Dans ce contexte, il est indispensable de pouvoir développer une solution pharmaceutique efficace permettant de ralentir la progression de la sténose et ainsi éviter une intervention invasive. Par le passé, la sténose aortique était considérée comme une simple atteinte dégénérative de la valve aortique, en lien avec le vieillissement. Néanmoins, de par les avancées effectuées durant les deux dernières décennies, on sait désormais que la sténose aortique est une maladie hautement complexe et activement régulée, impliquant notamment des processus pathologiques semblables à l’athérosclérose ou encore l’artériosclérose. De surcroît, identifier les facteurs impliqués dans la progression de la maladie s’avère indispensable pour la compréhension de la pathogénèse de la sténose aortique. À cet égard, l’hypertension artérielle est une comorbidité fréquemment associée à la sténose aortique et de précédentes observations suggèrent qu’elle pourrait avoir un impact à la fois sur le développement et la progression de la sténose aortique. L’hypothèse principale à l’origine de ce projet de maîtrise était que l’hypertension artérielle systolique, la forme la plus prévalente d’hypertension chez les patients atteints de sténose aortique, conduit à une progression plus rapide de la calcification de la valve aortique. L’objectif principal de cette étude était donc d’évaluer l’impact de l’hypertension artérielle systolique sur la progression de la calcification valvulaire aortique mesurée par tomodensitométrie chez les patients atteints de sténose aortique.
Calcific aortic stenosis is the most common cardiovascular disease in Western countries after coronary artery disease and hypertension. So far, there is no effective medical therapy able to stop or slow the progression of aortic stenosis. The only available treatments are surgical or transcatheter aortic valve replacement for patients with severe symptomatic aortic stenosis. In this context, it is crucial to develop efficient pharmaceutical therapy able to slow the stenosis progression and thus prevent such invasive intervention. In the past, aortic stenosis was thought to be a simple degenerative process of the aortic valve linked to aging. However, the advances performed during the last two decades showed that aortic stenosis is a highly complex and actively regulated disease, especially involving pathological processes close to atherosclerosis or arteriosclerosis. Furthermore, identified the key factors involved in the disease progression is essential to understand the pathogenesis of aortic stenosis. In this regard, hypertension is a common comorbidity of aortic stenosis and previous findings suggest that it may have an impact both on the development and progression of aortic stenosis. The primary hypothesis of this MSc project was that systolic hypertension, the most prevalent form of hypertension in patients with aortic stenosis, leads to faster progression of aortic valve calcification. Thus the main objective of this study was to assess the impact of systolic hypertension on the progression of aortic valve calcification assessed by multidetector computed tomography in patients with aortic stenosis.

La réparation endovasculaire des anévrismes aortiques abdominaux (EVAR) et l’implantation valvulaire aortique transcathéter (TAVI) sont des interventions endovasculaires pour lesquelles l’analyse des images CT préopératoires est une étape préalable au planning et au guidage de navigation. Dans le cas de la procédure EVAR, les travaux se concentrent spécifiquement sur la question difficile de la segmentation de l’aorte dans l’imagerie CT acquise sans produit de contraste (NCCT), non encore résolue. Dans le cas de la procédure TAVI, ils abordent la détection des repères anatomiques permettant de prédire le risque de complications et de choisir la bioprothèse. Pour relever ces défis, nous proposons des méthodes automatiques basées sur l’apprentissage profond (DL). Un modèle entièrement supervisé basé sur la fusion de caractéristiques 2D-3D est d’abord proposé pour la segmentation vasculaire dans les NCCT. Un cadre faiblement supervisé basé sur des pseudo-labels gaussiens est ensuite envisagé pour réduire et faciliter l’annotation manuelle dans la phase d’apprentissage. Des méthodes hybrides faiblement et entièrement supervisées sont finalement proposées pour étendre la segmentation à des structures vasculaires plus complexes, au-delà de l’aorte abdominale. Pour la valve aortique dans les CT cardiaques, une méthode DL de détection en deux étapes des points de repère d’intérêt et entièrement supervisée est proposée. Les résultats obtenus contribuent à l’augmentation de l’image préopératoire et du modèle numérique du patient pour les interventions endovasculaires assistées par ordinateur
Endovascular aneurysm repair (EVAR) and transcatheter aortic valve implantation (TAVI) are endovascular interventions where preoperative CT image analysis is a prerequisite for planning and navigation guidance. In the case of EVAR procedures, the focus is specifically on the challenging issue of aortic segmentation in non-contrast-enhanced CT (NCCT) imaging, which remains unresolved. For TAVI procedures, attention is directed toward detecting anatomical landmarks to predict the risk of complications and select the bioprosthesis. To address these challenges, we propose automatic methods based on deep learning (DL). Firstly, a fully-supervised model based on 2D-3D features fusion is proposed for vascular segmentation in NCCTs. Subsequently, a weakly-supervised framework based on Gaussian pseudo labels is considered to reduce and facilitate manual annotation during the training phase. Finally, hybrid weakly- and fully-supervised methods are proposed to extend segmentation to more complex vascular structures beyond the abdominal aorta. When it comes to aortic valve in cardiac CT scans, a two-stage fully-supervised DL method is proposed for landmarks detection. The results contribute to enhancing preoperative imaging and the patient's digital model for computer-assisted endovascular interventions

Les pathologies cardiovasculaires sont le plus souvent l’aboutissement des processus liés à l’athérosclérose. Elles représentent la première cause de morbi-mortalité dans le monde et leur incidence s’accroit avec le vieillissement de la population et l’expansion de facteurs de risques comme le diabète ou l’obésité. La sténose valvulaire aortique (SVA) est la valvulopathie la plus fréquente dans les pays développés présentant de nombreux points communs avec l’athérosclérose vasculaire. En plus des facteurs de risque, les lésions valvulaires et les lésions vasculaires partagent des similitudes dans les processus physiopathologiques impliqués comme l’inflammation, la fibrose, l’angiogenèse et la calcification. Ce dernier processus apparait dans les stades avancés des pathologies liées à l’athérosclérose et joue un rôle critique via son implication dans la stabilité de la plaque ou l’épaississement des cuspides valvulaires aortiques. Les macrophages, cellules issues de la différenciation des monocytes infiltrés, jouent un rôle prépondérant dans ces lésions via les phénotypes classiques (M1) et alternatifs (M2). Néanmoins cette dichotomie ne reflète pas complètement la variété de leur plasticité et les différents phénotypes induits notamment par le microenvironnement des monocytes/macrophages (zones riches en lipides, zones riches en fer ou zones riches en calcification). Dans la valve aortique, les cellules interstitielles de valve (VIC) forment la population cellulaire la plus présente au sein de la valve aortique. Ces cellules jouent un rôle déterminant dans le maintien du tissu valvulaire, mais également dans les processus de calcification menant à la SVA. Dans un premier temps, cette thèse a pour but d’étudier la capacité des macrophages à former des ostéoclastes, cellules responsables de la dégradation de la matrice osseuse, au sein des plaques d’athérosclérose. Dans un second temps, ce travail se focalisera sur les processus de calcification de la valve aortique via l’étude du rôle de la leptine dans les calcifications valvulaires (étude a priori) puis dans une étude transcriptomique sans a priori de VIC issues de valve sténosées et non-sténosées. Nos résultats sur les macrophages montrent ex vivo que les cellules en bordure des calcifications vasculaires sont des macrophages alternatifs de type M2. In vitro, ces cellules sont incapables de se différencier en ostéoclastes et de résorber une matrice osseuse. Pour l’étude de l’effet de la leptine sur les VIC, nous montrons que la leptine sérique est plus élevée chez des patients présentant une SVA, nous confirmons que la leptine et son récepteur sont exprimés au sein des valves aortiques et que la leptine favorise la différenciation ostéoblastique des VIC de manière dépendante des voies Akt et ERK. Enfin, l’étude transcriptomique a permis de mettre en évidence une nouvelle voie métabolique dérégulée dans les VIC. Cette enzyme est sous exprimée dans les VIC issues de valves pathologiques et dans les zones calcifiées des valves aortiques sténosées. Par ailleurs, le traitement des VIC par le produit de cette enzyme en milieu procalcifiant inhibe la calcification. Cette thèse met en avant de nouveaux indices sur les processus de calcification observés dans les plaques d’athérosclérose et les valves aortiques sténosées. Ces résultats décrivent l’impossibilité des M2 à former des ostéoclastes capables de résorber les calcifications. Il sera intéressant d’étudier le phénotype des macrophages en bordure des calcifications des valves aortiques sténosées. D’autre part, il sera intéressant d’étudier l’origine de la leptine dans la valve et son mécanisme d’action sur les VIC. Enfin, ce travail a mis à jour une nouvelle voie métabolique, impliquée dans le développement des calcifications valvulaires, qui pourrait constituer une voie thérapeutique innovante dans le traitement médicamenteux de la SVA
Cardiovascular diseases (CVD) are the most often outcome of atherosclerosis processes. CVD are the first leading cause of death rate with an increasing incidence due to ageing populations and expansion of risk factors such as diabetes mellitus or obesity. Aortic valve stenosis (AVS) is the most frequent valvulopathy in developed countries sharing common points with vascular atherosclerosis. More than only risk factors, valvular and vascular lesions share common pathophysiological processes implicated in the development of the disease such as inflammation, fibrosis, angiogenesis and calcification. This last process appears in late stages of atherosclerosis diseases and play critical roles via implication in plaque stability or thickening of the aortic valve. Macrophages are cells deriving from infiltrated monocytes, playing an important role in the inflammatory state of lesions via classical (M1) or alternative phenotypes (M2) phenotypes. Nevertheless, this dichotomy does not reflect completely the variety of their plasticity and different phenotypes induced by the microenvironment of monocytes/macrophages (lipid riche zone, iron riche zone or calcium rich zone). In the aortic valve, valvular interstitial cells (VIC) are the most prominent cell type found in the aortic valve. These cells play a major role not only in the valve tissue homeostasis but also in the calcification processes leading to AVS. In a first part, the aim of this thesis is to elucidate the ability of macrophages to differentiate into osteoclasts, cell type responsible for bone matrix remodeling, inside atherosclerosis plaques. In a second part, this work will focus on the calcification processes occurring in the aortic valve via the study of the role of leptin in valvular calcification (association study) and then in a transcriptomic analysis of VIC isolated from calcified versus non calcified aortic valves (genome-wide expression study). Our results about macrophages show that ex vivo cell surrounding vascular calcification are alternative M2 macrophages. In vitro, these cells are no able to differentiate into true osteoclasts nor to resorb calcium deposits. Concerning the role of leptin on VIC, the results show that serum leptin is higher in patients with AVS, leptin and its receptors are expressed in the aortic valves and leptin enhances the osteoblast différenciation of VIC in an Akt and ERK dependant manner. Finally, the transcriptomic analysis allowed to highlight a new pathway deregulated in VIC. This enzyme is underexpressed in VIC isolated from calcified aortic valves and in the calcified zonesAbstract4of stenosed aortic valves. Otherwise, treating VIC with the product of this enzyme in a procalcifying medium inhibits calcification processes.This thesis highlights new insights into the calcification processes occurring in atherosclerosis lesions and calcified aortic valves. These results describe that M2 macrophages cannot differentiate into osteoclasts and reverse calcification formation inside atherosclerosis plaques. In parallel, it would be interesting to study the macrophages phenotypes surrounding calcium deposits in stenosed aortic valves. Then, it will be interesting to decipher the origin of leptin and its precise mechanism of action on VIC. Finally this work points out a new metabolic pathway implicated in the development of valvular calcification which could be a medical treatment of SVA

INTRODUCTION : Il existe une discordance entre l’aire valvulaire aortique (AVA<1.0cm²) et le gradient moyen (GM<40mmHg) lors de l’évaluation de la sévérité de la sténose aortique (SA). OBJECTIF: Définir le bénéfice de survie associé au remplacement valvulaire aortique (RVA) en fonction des marqueurs échocardiographiques de sévérité de la SA. MÉTHODES : 1710 patients avec SA ont été séparés en 4 strates de sévérité selon AVA, AVA indexée, GM ou la vélocité aortique maximale (Vmax). Nous avons comparé la survie entre les groupes traités avec ou sans RVA dans chaque strate. RÉSULTATS : Les patients avec une AVA entre 0.8 et 1cm² avaient un bénéfice de survie significatif du RVA en multivarié. Un bénéfice était observé chez les patients avec strates de GM/Vmax non sévères et AVA<1cm². CONCLUSION : Le RVA peut être bénéfique chez un nombre substantiel de patients avec une AVA7<1cm², malgré des gradients non sévères.

La sténose valvulaire aortique (SVA) est une pathologie dégénérative de la valve aortique qui touche 2 à 4% de la population âgée de plus de 65 ans, et 4,6% des personnes âgées de plus de 75 ans. Cette pathologie se traduit par un épaississement et une rigidification des feuillets de la valve aortique, induisant un défaut d’ouverture et de fermeture de la valve. Parmi les nombreux facteurs de risque de développer une SVA, nous retrouvons la bicuspidie (anomalie congénitale touchant 1 à 2% de la population générale), l’âge, la dyslipidémie et le sexe mâle. Les mécanismes impliqués dans la physiopathologie de la SVA sont bien connus, nous retrouvons des mécanismes impliqués dans l’inflammation, la fibrose, la calcification, la survie et la prolifération cellulaire. Toutefois, malgré une littérature abondante sur la physiopathologique de la SVA, peu de recherches ont été effectuées sur l’impact du sexe et des hormones sexuelles sur la progression de la SVA. Il a été récemment observé que pour une même sévérité hémodynamique de la SVA, les hommes présentent un degré de calcification plus important et une proportion de fibrose valvulaire moins élevée comparativement aux femmes. Ainsi, l’objectif de cette maîtrise est d’étudier l’impact du sexe, du phénotype valvulaire et de l’âge sur le degré de calcification et le remodelage de la valve aortique chez des patients humains. Pour mener à bien ce projet, nous avions accès aux caractéristiques cliniques, aux données de tomodensitométrie, et aux valves explantées des patients. Les résultats obtenus montrent que les femmes, indépendamment du phénotype valvulaire ou de l’âge, vont présenter un degré de calcification plus faible et un remodelage fibrotique plus important des valves aortiques comparativement aux hommes. De plus, chez les patients bicuspides, les femmes jeunes présentent une valve aortique moins calcifiée que les femmes plus âgées.
Aortic valve stenosis (AS) is a degenerative pathology of the aortic valve that affects 2 to 4% of the population over 65 years of age, and 4,6% of people over 75 years of age. This pathology results in a thickening and stiffening of the aortic valve leaflets, leading to an impaired opening, and closing of the valve. The risk factors for developing AS are bicuspid valve (a congenital anomaly affecting 1 to 2% of the general population), age, dyslipidemia, and male sex. The mechanisms involved in the pathophysiology of AS are relatively well known. Mechanisms involved in inflammation, fibrosis, calcification, survival, and cell proliferation are found. However, despite an important bibliography on the pathophysiology of AS, very little research has been done on the impact of sex and sex hormones on the progression of AS. It has recently been shown that for the same hemodynamic severity of AS, men have a higher degree of calcification and a lower proportion of fibrosis of their valve than women. Thus, the objective of this master is to study the impact of sex, valve phenotype and age on the degree of calcification and valve remodelling in human patients for whom we had their clinical characteristics as well as CTscan data and explanted valves. Results obtained shown that women, regardless of valve phenotype or age, will have a lower degree of valve calcification and a greater fibrotic remodelling of their valves than men. In addition, in bicuspid patients, young women have a less calcified aortic valve compared to older women.

L’évaluation de la sténose aortique (SA) par échocardiographie Doppler aboutit à une classification discordante de la sévérité chez environ 30 % des patients. La tomodensitométrie qui mesure la calcification valvulaire aortique, un indice de sévérité anatomique, peut alors être utile pour corroborer la sévérité de la SA. De précédentes études ont montré une bonne corrélation entre la sévérité hémodynamique mesurée par échocardiographie Doppler et la sévérité anatomique définie par la calcification valvulaire aortique mesurée par tomodensitométrie. Cependant, l’impact du phénotype de la valve aortique (bicuspide versus tricuspide) et de l’âge sur cette relation entre sévérité hémodynamique et sévérité anatomique reste inconnu. Or, ces deux facteurs sont hautement impliqués dans le développement de la SA. En effet, les patients ayant une valve aortique bicuspide ont une prédisposition à développer une SA, et ce, généralement plus tôt que les patients avec une valve aortique tricuspide. L’hypothèse principale de l’étude est que le phénotype de la valve aortique et l’âge influencent la relation entre la sévérité hémodynamique et la calcification valvulaire aortique de la SA. L’objectif principal de l’étude est d’évaluer l’impact du phénotype de la valve aortique et de l’âge sur la relation entre la sévérité hémodynamique et la calcification valvulaire aortique de la SA.
Assessment of aortic stenosis (AS) by Doppler echocardiography leads to discordant severity grading in around 30% of patients. Computed tomography which measures aortic valve calcification, an indication of anatomic severity, can then be useful to corroborate AS severity. Previous studies have shown a good correlation between hemodynamic severity measured by Doppler echocardiography and anatomic severity defined by aortic valve calcification measured by computed tomography. However, the impact of aortic valve phenotype (bicuspid versus tricuspid) and age on this relation between hemodynamic severity and anatomic severity remains unknown. Yet, these two factors are highly implicated in AS development. Indeed, patients with a bicuspid aortic valve have a predisposition to develop AS, and this, generally earlier than patients with a tricuspid aortic valve. The main hypothesis of the study is that aortic valve phenotype and age influence the relationship between haemodynamic severity and aortic valve calcification of AS. The main objective of the study is to assess the impact of aortic valve phenotype and age on the relationship between haemodynamic severity and aortic valve calcification of AS.

La sténose aortique serrée est la valvulopathie acquise de l’adulte la plus fréquente affectant jusqu’à 10% des octogénaires. Sa prise en charge percutanée est en plein essor et confronte les cliniciens à des problèmes nouveaux constituant un champ de recherche important. Notre travail s’inscrit dans le cadre des gestes médico-chirurgicaux assistés par ordinateur et vise à proposer des solutions d’aide à la décision basées sur l’assistance informatique. Cette Thèse est ainsi composée de 4 parties. Une première partie porte sur la problématique médicale dans laquelle s’inscrit le remplacement valvulaire aortique percutané (TAVI) ainsi que le contexte du TAVI en France et présente un article évaluant l’évolution des caractéristiques des patients et des procédures à l’échelle nationale entre 2010 et 2015 dans les registres nationaux FRANCE 2 et FRANCE TAVI. Ce premier chapitre identifie des problématiques médicales auxquelles les opérateurs sont confrontés au quotidien notamment la sélection optimale des candidats et la minimisation des complications de la procédure dans le contexte d’une réduction du profil de risque des patients traités. La seconde partie s’intéresse à l’étude de populations, par des méthodes statistiques classiques, pour établir des facteurs prédictifs de résultats du TAVI ou de survenue d’une complication donnée afin d’aider le clinicien dans sa planification de la procédure. Cette partie est articulée autour de 3 articles portant sur les facteurs prédictifs d’accidents vasculaires cérébraux, les troubles conductifs et les facteurs prédictifs de « mauvais résultats » après TAVI. Nous démontrons l’intérêt de ce type d’analyse qui resteront nécessaires à l’avenir mais abordons également leurs limites qui expliquent pourquoi d’autres pistes doivent être explorées pour stocker, trier, restituer les informations pertinentes à l’opérateur voire les augmenter pour faciliter ses décisions notamment en préopératoire.L’objet de la 3ème partie est d’aborder un système d’aide à la décision par ordinateur de type « case-based reasoning » (CBR) qui pourrait tirer bénéfice de l’identification de ces facteurs pronostiques et à terme les intégrer dans une interface globale et ergonomique d’aide à la décision. Nous avons travaillé dans le cadre du projet européen H2020 EurValve sur l’élaboration d’un CBR dont la problématique se concentre pour l’instant sur le choix optimal de la voie d’abord, du type et de la taille de prothèse. Notre travail s’est concentré sur une étape analytique de la conception de ce type de système portant sur l’étude et l’amélioration de la mesure de similarité utilisée pour rapprocher le cas à traiter (problème) de ses plus proches voisins (cas déjà traités et leur « solution » thérapeutique). Enfin, une dernière partie porte sur l’augmentation des informations disponibles pour l’aide à la décision en préopératoire par la simulation numérique spécifique patient. Après un état de l’art des méthodes utilisées dans le domaine du TAVI, nous avons travaillé à l’élaboration et au paramétrage d’un modèle de simulation de l’insertion du guide rigide dans le ventricule gauche (une étape de la procédure qui peut conditionner le positionnement de la prothèse et donc le résultat final). Afin de réaliser une première validation de cette simulation exploitant l’imagerie tomodensitométrique 3D préopératoire, l’approche proposée repose sur l’extraction de la région d’intérêt dans le volume 3D (segmentation) et sa mise en correspondance avec l’imagerie fluoroscopique 2D peropératoire par le biais d’un recalage 3D/2D. Nos travaux sur ces méthodes de traitement de l’image nécessaires à la mise en œuvre et la validation de notre stratégie de simulation sont discutés dans cette partie. Enfin nous présentons une application clinique potentielle du modèle de simulation portant sur l’influence de la forme du guide et de ses conditions d’insertion sur sa stabilité et les forces de pression s’exerçant sur le ventricule gauche
Aortic stenosis represents the most frequent acquired valvular heart disease, affecting up to 10% of octogenarians. Transcatheter aortic valve implantation (TAVI) is booming and confronts clinicians with new issues that constitute a major field of research. Our work falls within the framework of computer-assisted medico-surgical interventions, and aims at proposing computer-assisted decision support systems. The present Thesis is composed of four parts. The first part focuses on the medical problematic surrounding TAVI, as well as the current French TAVI field on the basis of an article describing temporal trends in patients’ and procedural’s characteristics from 2010 to 2015 in the FRANCE 2 and FRANCE TAVI nationwide registries. This first part identifies medical issues that operators currently face, especially the optimal selection of TAVI candidates, and the reduction of procedural complications within the current trends towards treatment of patients with lower baseline surgical-risk profile. The second part deal with population-based studies, through standard statistical methods, to identify predictors of TAVI outcomes or selected procedural complications in order to facilitate procedural planning. Three articles compose this part. The first focuses on predictors of short-term cerebrovascular events post-TAVI, the second deals with conduction disturbances post-TAVI while the third aims at identifying predictors of global poor outcomes. We demonstrate the benefits of these analyses, which will remain necessary in the future, but also address their limitations, which support the use of new methods to store, sort, retrieve, and even augment relevant information to facilitate operators’ decision, especially at the pre-procedural step.The purpose of Part 3 is to address a case-based reasoning (CBR) decision-support system that could benefit from the identification of these prognostic factors and ultimately integrate them into a global and ergonomic interface for decision support. We have worked in the framework of the European project H2020 EurValve on the development of a CBR whose problematic is,for the time being, limited to the optimal choice of the approach, type and size of prosthesis. Our work focused on an analytical step in the design of this type of system dealing with the study and improvement of the similarity measure used to identify nearest neighbours (previously treated cases and their therapeutic "solution") of the current problem (case which clinicians are planning to treat). Finally, the last part focuses on increasing the information available for preoperative decision support through patient-specific numerical simulation. After a state of the art of the methods used in the field of TAVI, we worked on the elaboration and parameterization of a simulation model of the insertion of the stiff guidewire in the left ventricle (one of the first steps of the procedure that can condition the positioning of the prosthesis and thus the final result). In order to perform a first validation of this patient-specific simulation using preoperative 3D CT imaging, the proposed approach is based on the extraction of the region of interest in the 3D volume (segmentation) and its mapping to intraoperative 2D fluoroscopy through 3D / 2D registration. Our work on these image processing methods needed to implement and validate our simulation strategy is also discussed in this section. Finally, we present a potential clinical application of the simulation model regarding the influence of the shape of the guide and its insertion conditions on its stability and the pressure forces exerted on the left ventricle

La performance valvulaire aortique (valve native ou prothèse valvulaire), est aujourd'hui efficacement évaluée grâce à des index cliniques basés sur des mesures de vitesses, relevées par échographie Doppler. Cependant, en présence d'un rétrécissement dans le ventricule gauche, appelé sténose sous-aortique (SSA), ces index cliniques ne semblent plus adaptés pour estimer correctement la performance valvulaire. L'objectif de ces travaux de thèse est de comprendre le défaut de diagnostic clinique à l'aide de la mise en oeuvre de modèles pertinents tant sur le plan numérique qu'expérimental. La mise en place d'une modélisation numérique des interactions entre la valve et l'écoulement sanguin constitue le second objectif de ces travaux de thèse. Des modèles numériques d'interaction fluide-structure (IFS) 2D puis 3D sont mis en oeuvre à l'aide du logiciel commercial Fluent. Le développement et l'implémentation d'un programme externe permettent de gérer une boucle de sous-itérations afin d'assurer un couplage fort entre le fluide et la structure. Un modèle expérimental équivalent tant sur les géométries que sur les conditions hydrodynamiques est réalisé pour valider le modèle numérique. La validation est obtenue à l'aide de comparaisons des champs de vitesse obtenus numériquement d'une part et par la technique expérimentale de vélocimétrie par images de particules (PIV) d'autre part. La comparaison des champs de vitesse entre un cas sain et un cas pathologique (avec SSA) met alors clairement en évidence le défaut de diagnostic de la performance valvulaire en présence d'une SSA : les vitesses relevées lors du diagnostic clinique et, par conséquent, les index cliniques, ne sont pas corrélés au rétrécissement valvulaire. Un modèle théorique basé sur la modélisation des écoulements potentiels autour d'une aile d'envergure limitée a enfin été développé. Chaque clapet de la prothèse valvulaire est ainsi assimilé à une aile d'envergure limitée. Ce modèle peut alors permettre une amélioration des index cliniques et par conséquent, une aide au diagnostic de la performance valvulaire en présence d'une SSA
The aortic valvular performance (either of a native valve or a prosthetic valve) is currently and efficiently assessed through clinical indices. These indices are estimated by performing velocity measurements based on Doppler echocardiographic methods. But in the presence of a relevant narrowing in the left ventricle outflow tract, called subaortic stenosis (SAS), it is often difficult or impossible to adequately assess the haemodynamic performance of the aortic valve with the use of the conventional Doppler echocardiographic indices. The aim of the work is to find out why the clinical indices fail when a SAS is present, through relevant experimental and numerical models. The second aim is to implement numerical fluid-structure interaction that exists between the valve and the blood flow. A first 2D numerical fluid-structure interaction model and then a 3D one are developed with the commercial CFD software Fluent. An external program is used to manage a sub-iteration loop ensuring a strong coupling between the fluid and the structure. An experimental model, that is equivalent to the numerical one as far as the geometries and the hydrodynamic conditions are concerned is used to validate the numerical simulation. The validation is performed through the comparison of the velocity fields that are obtained numerically on the one hand and experimentally by Particle Image Velocimetry (PIV) on the other hand. The quantitative and qualitative comparisons between healthy (without SAS) and pathological (with SAS) cases underline the failure that exists in the clinical diagnosis of the valvular performance in the presence of a SAS: the velocities and by consequence the clinical indices are not correlated to the valvular performance. A last theorical model was developed. It is based on the modelisation of potential flow around an airfoil of finite span. Each leaflet of the prosthetic valve is assimilated to an airfoil of finite span. This last model could improve the clinical indices and consequently could bring out changes in the clinical diagnosis of the haemodynamic valvular performance

Le rétrécissement aortique (RAo) est la valvulopathie la plus fréquente dans les pays industrialisés. Il entraine une augmentation chronique de la postcharge imposée au ventricule gauche (VG) se caractérisant par une hypertrophie ventriculaire gauche (HVG), une ischémie et une fibrose myocardique, une dysfonction diastolique et à long terme une insuffisance cardiaque. Indépendamment de la sévérité de la valvulopathie, plusieurs facteurs comme l’obésité, le diabète, l’insulinorésistance semblent influencer le remodelage ventriculaire dans cette condition. Ces troubles métaboliques sont associés à un état pro-inflammatoire, notamment du tissu adipeux, impliquant des médiateurs également associés à l’hypertrophie cardiomyocytaire et la fibrose myocardique. A l’heure actuelle, le remplacement valvulaire aortique (RVAo) chirurgical est le seul traitement ayant montré son impact sur la diminution de la morbi mortalité dans le RAo. Cette chirurgie est devenue peu risquée de nos jours et permet une diminution conséquente de la masse ventriculaire gauche (MVG) dans la première année. Néanmoins certains facteurs, en particulier un remodelage important en préopératoire et l’existence d’un mismatch patient-prothèse (PPM), semblent influencer le remodelage inverse après la chirurgie pouvant expliquer la persistance d’une fibrose myocardique ou de symptômes après l’opération. Nous avons émis les hypothèses suivantes : a) un état pro inflammatoire médié par le tissu adipeux épicardique (TAE) et les leucocytes circulants serait associé à un remodelage pathologique dans l’histoire naturelle du RAo, b) l’existence d’un PPM après RVAo serait associé à un moins bon pronostic indépendamment du poids corporel, c) l’horloge biologique jouerait un rôle dans la modulation de la réponse myocardique à un stimulus hypertrophique et à l’ischémie myocardique, d) l’apparition d’une dysfonction ventriculaire droite (VD) postopératoire, serait associée à un mauvais pronostic après RVAo. Nous avons donc inclus prospectivement les patients porteurs d’un RAo serré sans dysfonction VG, sans autre valvulopathie, adressés depuis 2009 au Centre des Valvulopathies du CHRU de Lille pour un premier RVAo. Une évaluation clinique, biologique ainsi qu’une échocardiographie transthoracique (ETT) pré et postopératoire (avant la sortie) ont été réalisées. Pour une partie de la population, différents prélèvements biologiques (sang et TAE) ont été effectués au moment du bloc opératoire afin de réaliser des analyses de transcriptomique sur le TAE et de cytométrie en flux sur les cellules sanguines circulantes. Une partie de la population a également été revue en ETT à 1 an et tous les patients ont été suivis à distance. Nous avons pu montrer que : a) la quantité de TAE était indépendamment associée à un remodelage VG plus sévère dans le RAo mais n’était pas associée à l’importance du remodelage inverse après RVAo. D’après nos premiers résultats, ce remodelage VG plus sévère semble associé à une dysrégulation de gènes impliqués dans la réponse immunitaire adaptative, dans la régulation de la réponse immunitaire et dans l’activation des cellules lymphocytaires T et également à un nombre de leucocytes et de monocytes circulants plus important, b) une surface fonctionnelle indexée de la prothèse aortique implantée lors du RVAo de moins de 0,85 cm²/m² était le paramètre valvulaire le plus puissant pour prédire les évènements cardiovasculaires à distance de l’opération chez les patients non obèses. De manière surprenante, chez les patients obèses aucune association n’était retrouvée entre cette surface fonctionnelle et le devenir des patients après RVAo, c) il existe une variation circadienne de la tolérance à l’ischémie-reperfusion imposée lors du RVAo [...]
Aortic stenosis (AS) is the most common valvular heart disease (VHD) in Western countries. It causes a chronic increase in left ventricular (LV) afterload characterized by left ventricular hypertrophy (LVH), ischemia and myocardial fibrosis, diastolic dysfunction and long-term heart failure. Regardless of the severity of stenosis, several factors such as obesity, diabetes, insulin resistance seems to impact the LV remodeling in this condition. These metabolic disorders are associated with a pro-inflammatory state, including adipose tissue, involving mediators perceived in cardiomyocyte hypertrophy and myocardial fibrosis. To date, surgical aortic valve replacement (SAVR) is the only option that has shown an impact on mortality. This surgery has become less risky and leads to a significant decrease in the left ventricular mass (LVM) in the first year. Nevertheless, some factors, including the existence of a patient-prosthesis mismatch (PPM), seem to influence this reverse remodeling after surgery, which may explain the persistence of myocardial fibrosis or symptoms after the surgery. We have made the following hypotheses: a) a pro-inflammatory state mediated by epicardial adipose tissue (EAT) and circulating leukocytes would be associated with pathological remodeling in the natural history of AS, b) the existence of a PPM after SAVR would be associated with a poorer prognosis regardless of body weight status, c) the circadian clock would play a role in modulating the myocardial response to a hypertrophic stimulus and myocardial ischemia, d) the onset of postoperative right ventricular (RV) dysfunction, would be associated with poorer prognosis after SAVR. We therefore prospectively included patients with severe AS without LV dysfunction, or another VHD, referred to our Heart Valve Center in Lille University Hospital since 2009 for a first SAVR. Clinical and biological evaluation and pre- and postoperative (before discharge) trans-thoracic echocardiography (TTE) were performed for all patients. In a sub-group of patients, biological samples (blood and TAE) were collected at the time of surgery to perform transcriptomic analysis on EAT and flow cytometry on the circulating blood cells. TTE was also performed 1-year after SAVR in a sub-group and all patients were followed-up for cardiovascular events. We found that: a) the amount of EAT was independently associated with worse LV remodeling in AS but not with the magnitude of reverse remodeling after SAVR. According to our first results, this more severe LV remodeling seems to be associated with dysregulation of genes involved in the adaptive immune response, in the regulation of the immune response and in the activation of T lymphocyte cells and also with a number of circulating leukocytes and monocytes more important, b) the indexed effective orifice area of the aortic prosthesis calculated by TTE with the unique cut-off of 0.85cm²/m² showed the best accuracy to predict major events after SAVR in lean or overweight patients but not in obese, c) perioperative myocardial injury is transcriptionally orchestrated by the circadian clock in patients undergoing SAVR, with poorer tolerance in patients operated on in the morning, d) heart failure is more frequently observed in patients operated on in the morning, unrelated to the occurrence of acute kidney injury after SAVR, e) the early and severe post-operative decline in RV longitudinal function reverses within a year and is not predictive of long-term outcomes after SAVR. Subsequently, we will continue to explore the link between adipose tissue and the natural course of LV remodeling, cardiovascular events after SAVR in particular the impact of circadian variations on the occurrence of heart failure and the RV function after SAVR

La réparation valvulaire aortique percutanée a connu d’immense progrès depuis unevingtaine d’années permettant au patient atteint de rétrécissement aortique (RA) serré debénéficier d’un traitement curatif, le plus souvent avec une approche minimaliste sous anesthésielocale associée à une diminution des complications procédurales. Cependant la prise en charge decertaines situations cliniques d’urgence ou de certains patients à haut risque opératoire est encoremal définie et nécessite une évaluation précise des complications ischémiques et hémorragiquesde la procédure percutanée.Dans la première partie de la thèse nous avons confirmé que certaines situations cliniquescomplexes urgentes telles qu’un état de choc cardiogénique secondaire à un RA serré, ou lanécessité d’une chirurgie extracardiaque urgente constituent encore une zone grise où letraitement optimal du RA n'est pas clair et nécessite de plus amples investigations. Dans le choccardiogénique ou la chirurgie extracardiaque urgente, le risque de complications hémorragiqueset surtout ischémiques et la mortalité à court terme restent très élevés. En cas de choccardiogénique, les complications sont principalement reliées au timing de la valvuloplastieaortique (BAV). En cas de chirurgie extracardiaque urgente, la BAV systématique n’améliore pasle pronostic par rapport au traitement médical.Dans la deuxième partie de la thèse, chez des patients à risque intermédiaire ou élevécontre indiqué à l’accès transfémoral pour un TAVI, nous avons comparé les deux voiesalternatives extrathoraciques les plus utilisées : axillaire et carotidienne. Celles ci font jeu égal enterme de complications ischémiques et de mortalité mais l’accès carotidien semble avoir plus decomplications hémorragiques en particulier locales.La troisième et dernière partie de la thèse nous a permis d’apprécier l’incidenceimportante de microbleeds au cours de la procédure TAVI. Leur apparition semble être reliéeavec la durée de la procédure et l’absence de correction du déficit en facteur Willebrand acquislors du RA ; ces lésions n’ont pas de retentissement sur l’évolution neurologique à court terme(6mois). Des études sont en cours pour mieux préciser le lien entre risque hémorragique cérébral,anomalie du facteur vWF et dispositif cardiaque valvulaire ou d’assistance
Ischemic and haemorrhagic complications during percutaneous aortic valve interventionsPercutaneous aortic valve repair including balloon aortic valvuloplasty (BAV) and TAVI has experienced significant improvements over the past twenty years, allowing patients with severe aortic stenosis (SAS) to benefit from a curative treatment, mostly with a minimalist approach under local anesthesia associated with a drastic reduction of procedural complications.However, the management of specific clinical emergency situations or of high-risk patients is still poorly explored and requires an accurate assessment of the ischemic and hemorrhagic complications of percutaneous procedures.In the first part of this thesis, we confirmed that some urgent complex clinical situations such as cardiogenic shock secondary to SAS, or the need for urgent extracardiac surgery in SAS patients still constitute a grey zone where the optimal treatment is unclear and requires further investigations. During cardiogenic shock or urgent extracardiac surgery, the risk of hemorrhagic and especially ischemic complications and short-term mortality remain very high. During cardiogenic shock, complications are mainly related to the timing of the BAV. When urgent extracardiac surgery is required, routine BAV does not improve the prognosis of SAS patients compared to medical treatment.In the second part of this thesis, we compared the axillary and carotid access in intermediate or high-risk patients contraindicated to transfemoral route for TAVI. These accesses have similar rates of ischemic complications and mortality, but carotid artery has more local hemorrhagic complications.The third and final part of this thesis analyse the significant incidence of microbleeds during the TAVI procedure. Their appearance seems to be related to the duration of the procedure and the lack of correction of the von Willebrand factor deficiency acquired during SAS; these lesions have no impact on the neurological evolution in the short term.Studies are underway to better define the link between the risk of cerebral hemorrhage, the vWF factor and cardiac valvular or circulatory assist device

La sténose aortique à bas débit et bas gradient (SA-BD-BG) peut s’accompagner d’une fraction d’éjection ventriculaire gauche altérée (SA-BD-BG classique) ou préservée (SA-BD-BG paradoxale). Elles constituent un sous-ensemble de patients très difficile à caractériser. En effet, le défi chez les patients avec une SA-BD-BGest de distinguer entre une SA sévère d’une SA pseudo-sévère. L’établissement de la sévérité exacte de la SA est importante, car les patients ayant une SA réellement sévère bénéficient généralement d’un remplacement valvulaire aortique, mais sans intervention, ceux-ci auront un très mauvais pronostic. Malheureusement, les critères mesurés à l’échocardiographie au repos et à l’effort, utilisés pour détecter la sévérité de la SA selon les guides de pratique actuels, ne sont pas optimaux et par conséquent, une certaine proportion de patients ne sont pas bien diagnostiqués et ne reçoivent pas la thérapie appropriée. Il a été démontré dans notre groupe que chez les patients atteints d’une SA-BD-BG, l’aire valvulaire aortique projetée (AVAProj), mesurée à l’aide d’une échocardiographie au repos et à l’effort, est un meilleur prédicteur de sévérité de la SA et de mortalité que les critères habituels mesurés lors de l’échocardiographie au repos et à l’effort. Par contre, l’échocardiographie à l’effort ne peut être faite chez tous les patients et parfois, elle conduit à des résultats qui sont non concluants.Le degré de calcification de la valve aortique, mesuré par tomodensitométrie, est un autre paramètre utilisé pour confirmer la sévérité de la SA, mais les seuils diagnostiques et pronostiques ne sont pas encore optimisés chez les patients atteints d’une SA-BD-BG. Les hypothèses sont que l’aire valvulaire aortique projetée est équivalent au degré de calcification de la valve aortique pour 1) évaluer la sévérité de la SA et 2) pour prédire la mortalité toute cause chez les patients atteints d’une SA-BD-BG. L’objectif général de ce projet de maîtrise est de comparer l’aire valvulaire aortique projetée et le degré de calcification de la valve aortique pour évaluer la sévérité de la SA et prédire le devenir des patients atteints d’une SA-BD-BG.
Low flow, low gradient aortic stenosis (LF-LG-AS) may occur with depressed (classical LF-LG-AS) or with preserved (paradoxical LF-LG-AS) left ventricular ejection fraction. This entity is really difficult to characterize. Indeed, the challenge in this subgroup is to discriminate between a true-severe versus a pseudo-severe AS. It is important to determine the exact severity of AS, because patients with a true-severe AS will benefit from anaortic valve replacement and without intervention, their prognostic will be extremely poor. Unfortunately, rest and stress echocardiographic criteria recommended by the actual guidelines for patients with LF-LG-AS to assess AS severity are far from being optimal, and consequently, a substantial proportion of these patients stays misevaluated and may thus not receive the optimal therapy. Our group found that in patients with LF-LG-AS,projected aortic valve area (AVAProj), measured under rest and stress echocardiography, better predicts underlying AS severity and survival compared to traditional echocardiographic parameters. However, stress echocardiography is not possible in some patients and AS severity often remains indeterminate. The degree of aortic valve calcification, calculated by multi-detector computed tomography may be useful to confirm AS severity, but the optimal cut off values are not well established in patients with LF-LG-AS. The hypotheses related to this study are that projected aortic valve area is equivalent to the degree of aortic valve calcification to 1) evaluate AS severity and 2) to predict all-cause mortality in patients with LF-LG-AS. The general objective is to compare the projected aortic valve area and the degree of aortic valve calcification to evaluate AS severity and to predict mortality in patients with LF-LG-AS.

L'implantation valvulaire (mise en place d'une stent-valve percutanée), pulmonaire ou aortique, est une procédure récente en plein (et rapide) développement. Cette procédure prometteuse, possède plusieurs écueils parmi lesquels, l'altération du matériel implanté lors de son déploiement. L'implantation valvulaire dans les voies pulmonaires dilatées, est une autre limite de la procédure. Dans notre travail, nous avons étudié le traumatisme valvulaire lié au déploiement des prothèses. Ensuite, nous avons évalué un nouveau dispositif de réduction du calibre de la voie pulmonaire, afin d'en élargir les indications ultérieurement.Nous avons donc dans un premier temps comparé 2 types de stent-valves, l'un expansible par ballon et l'autre auto-expansible. La comparaison a porté sur l'occurrence de lésions valvulaires lors du sertissage et du déploiement de ces 2 types de prothèses. Nous avons pu montrer la présence de lésions des feuillets péricardiques de ces prothèses, induites par la compression des dispositifs. Par ailleurs, la présence de lésions histologiques plus marquées avec les valves expansibles par ballon, suggère aussi un rôle de l'expansion de ces prothèses dans la genèse des lésions valvulaires post-déploiement. Nous n'avons pas constaté d'altérations des propriétés mécaniques du tissu valvulaire induites par la compression et le déploiement des feuillets.Dans une autre partie de notre travail, nous avons mis au point un modèle d'élargissement de la voie pulmonaire, associé à la création d'une insuffisance pulmonaire sévère. Nous avons pu montrer que la réduction du calibre de la voie d'éjection pulmonaire était possible avec notre réducteur, par voie endovasculaire ou transventriculaire droite. Il n'a pas été observé de migration ou de fracture du stent de ces prothèses 2 mois après la procédure. Si le modèle d'élargissement de la voie pulmonaire est intéressant pour évaluer les réducteurs et la faisabilité de leur implantation, un suivit à plus long terme est nécessaire avant d'envisager une implantation chez l'homme. Enfin, l'altération des feuillets induite par le maniement des prothèses, est un phénomène à prendre en considération. Il nécessite, compte tenu de son impact potentiel sur la durabilité des prothèses, une investigation plus approfondie.

L’implantation valvulaire (mise en place d’une stent-valve percutanée), pulmonaire ou aortique, est une procédure récente en plein (et rapide) développement. Cette procédure prometteuse, possède plusieurs écueils parmi lesquels, l’altération du matériel implanté lors de son déploiement. L’implantation valvulaire dans les voies pulmonaires dilatées, est une autre limite de la procédure. Dans notre travail, nous avons étudié le traumatisme valvulaire lié au déploiement des prothèses. Ensuite, nous avons évalué un nouveau dispositif de réduction du calibre de la voie pulmonaire, afin d’en élargir les indications ultérieurement.Nous avons donc dans un premier temps comparé 2 types de stent-valves, l’un expansible par ballon et l’autre auto-expansible. La comparaison a porté sur l’occurrence de lésions valvulaires lors du sertissage et du déploiement de ces 2 types de prothèses. Nous avons pu montrer la présence de lésions des feuillets péricardiques de ces prothèses, induites par la compression des dispositifs. Par ailleurs, la présence de lésions histologiques plus marquées avec les valves expansibles par ballon, suggère aussi un rôle de l’expansion de ces prothèses dans la genèse des lésions valvulaires post-déploiement. Nous n’avons pas constaté d’altérations des propriétés mécaniques du tissu valvulaire induites par la compression et le déploiement des feuillets.Dans une autre partie de notre travail, nous avons mis au point un modèle d’élargissement de la voie pulmonaire, associé à la création d’une insuffisance pulmonaire sévère. Nous avons pu montrer que la réduction du calibre de la voie d’éjection pulmonaire était possible avec notre réducteur, par voie endovasculaire ou transventriculaire droite. Il n’a pas été observé de migration ou de fracture du stent de ces prothèses 2 mois après la procédure. Si le modèle d’élargissement de la voie pulmonaire est intéressant pour évaluer les réducteurs et la faisabilité de leur implantation, un suivit à plus long terme est nécessaire avant d’envisager une implantation chez l’homme. Enfin, l’altération des feuillets induite par le maniement des prothèses, est un phénomène à prendre en considération. Il nécessite, compte tenu de son impact potentiel sur la durabilité des prothèses, une investigation plus approfondie
Percutaneous valve implantation (PVI) is a new with fast growing expansion procedure. Nevertheless, this promising technic has some reefs. Impairment of the implanted device at deployment is one of them. Valvular implantation in dilated right ventricular outflow tract (RVOT) is another limit of the procedure. In our work, we studied the valvular traumatism after prosthesis deployment. Subsequently, we evaluated a new device for RVOT size reduction, in order to widen PVI indications.Firstly, We compared 2 types of valved-stent (VS) (balloon expandable and self-expandable). We compared the occurrence of valvular leaflets injury after crimping and deployment of both types of prosthesis. We showed the occurrence of pericardial leaflet injuries, induced by devices crimping. Otherwise, the presence of sharp histologic lesions with balloon expandable VS, suggests a prosthesis expansion role, in genesis of valvular injuries, as well. We couldn’t show any impairment of valvular tissue mechanical properties after leaflets crimping and deployment. In another part of our work, experimental asymmetric enlargement of the RVOT with creation of severe pulmonary regurgitation, were performed in an ovine model. Size reduction of the enlarged RVOT and PVI were successfully achieved through an endovascular and right transventricular access. Valve function was satisfactory in all correctly implanted VS (one case of inversion). No migration or fractures of the size reducer or VS were seen before animal sacrifice, after 2 months follow-up. Since feasibility of RVOT enlargement and RVOT reduction has been demonstrated, a long-term study is necessary before considering a human implantation. At last but not least, deterioration on valvular leaflets after prosthesis handling is an effect to consider. Taking into account its potential impact on prosthesis durability, it requires further deep investigations

La sténose valvulaire aortique (SVA) est la valvulopathie la plus fréquente et la plus létale dans la population âgée dans les pays à revenu élevé
Aortic stenosis (AS) is the most frequent and the most lethal valvular heart disease in the elderly in high-income countries

Les maladies cardiovasculaires, conséquence de l’athérosclérose, sont la première cause de morbi-mortalité dans le monde et voient leur incidence et sévérité augmenter avec l’expansion de leurs principaux facteurs de risque, tels que l’âge, l’obésité et le diabète. La sténose valvulaire aortique, valvulopathie la plus fréquemment rencontrée dans les pays occidentaux essentiellement chez le sujet vieillissant, partage de fortes similitudes avec l’athérosclérose vasculaire. En effet, les plaques athéroscléreuses et les lésions valvulaires sont le siège de processus d’inflammation, d’angiogenèse, de fibrose et de calcification. Les macrophages, issus de la différenciation tissulaire des monocytes infiltrés, jouent un rôle clé dans l’apparition des lésions athéroscléreuses vasculaires et leur devenir. Leur rôle dans l’état inflammatoire des lésions est aujourd’hui bien établi avec de récentes publications qui font état des propriétés plastiques des macrophages, selon leur microenvironnement. Deux principaux sous types de macrophages ont été décrits dans les plaques athéroscléreuses, les macrophages M1 dit « classiques » et M2 dits « alternatifs ». Leur rôle respectif dans la thrombogénécité, la protéolyse et l’angiogenèse, processus impliqués dans l’instabilité de la plaque, ont été moins étudiés. En revanche, les macrophages sont peu décrits dans la valve, à l’inverse des cellules interstitielles de valves (VIC), qui sont cruciales pour le maintien de l’homéostasie et la fonction valvulaire et sont impliquées dans la fibrose et la rigidité des feuillets valvulaires. Mon travail de thèse a pour objectif d’étudier les rôles des macrophages M1/M2 dans les pathologies vasculaires et valvulaires chez l’homme. Nous nous sommes focalisés sur leurs rôles dans l’instabilité de la plaque athéroscléreuse (processus de coagulation et de remodelage vasculaire) et dans la fibrose valvulaire ainsi que sur leur modulation phénotypique par d’autres types cellulaires présents dans les lésions, les polynucléaires neutrophiles dans la plaque ou les VIC dans la valve.Nos résultats suggèrent que les macrophages M1 et M2 pourraient moduler différemment des processus physiopathologiques majeurs de l'athérosclérose. Par ailleurs, les macrophages M1 de patients diabétiques présentent un phénotype délétère qui pourrait expliquer la plus grande vulnérabilité des plaques d’athérosclérose observée chez ces sujets. Concernant la pathologie valvulaire, après avoir caractérisé par analyse histologique les M1/M2 dans les valves aortiques humaines, nous avons montré que les macrophages M1 sont impliqués dans la progression de la fibrose via la modulation de leur répertoire sécrétoire par les VIC.Cette thèse apporte de nouveaux indices sur les processus physiopathologiques impliqués dans les maladies vasculaires et valvulaires. Elle met l’accent sur le rôle délétère des macrophages M1 chez les sujets diabétiques en pathologie vasculaire et identifie également une fonction jusque-là méconnue des M1 dans la progression de la fibrose, associée au « cross-talk » avec les VIC. Il conviendra par la suite d’identifier les mécanismes moléculaires sous-jacents à ces intéractions, ce qui devrait permettre d’envisager de nouvelles voies thérapeutiques visant à moduler l’effet de ce sous-type cellulaire dans ces pathologies
Cardiovascular disease, as a result of atherosclerosis, are the main cause of morbidity and mortality in the world and see their incidence and severity increase with the expansion of their major risk factors, such as age, obesity and diabetes. Aortic valve stenosis, valve disease most frequently encountered in Western countries mainly in the old subject, shares strong similarities with vascular atherosclerosis. Indeed, atherosclerotic plaques and valvular lesions are the site of inflammation, angiogenesis, fibrosis and calcification processes. Macrophages, from monocytes infiltrated tissue differentiation, play a key role in the development of vascular atherosclerotic lesions and their future. Their role in the inflammatory state of the lesions is now well established with recent publications that report on plastic properties of macrophages, according to their microenvironment. Two major subtypes of macrophages have been described in the atherosclerotic plaques, classically (M1) or alternatively (M2) activated macrophages. Their respective role in thrombogenicity, proteolysis and angiogenesis processes involved in plaque instability, have been less studied. In contrast, macrophages are not disclosed in the valve, compared to the valvular interstitial cells (VIC), which are crucial for the maintenance of homeostasis and the valvular function and are involved in the fibrosis and rigidity of the valvular leaflets. My thesis aims to study the roles of macrophages M1/M2 in vascular and valvular pathologies in humans. We focused on their roles in the instability of atherosclerotic plaque (haemostatic or clotting process and vascular remodeling) and valvular fibrosis and their phenotypic modulation by other cell types present in the lesions, neutrophils (PNN) in the plaque or VIC in the valve.Our results suggest that the M1 and M2 macrophages may differently modulate major pathophysiological processes of atherosclerosis. In addition, M1 macrophages from diabetic patients have a deleterious phenotype that could explain the increased vulnerability of atherosclerotic plaques observed in these subjects. About valvular pathology, after characterized histologically M1/M2 in human aortic valves, we have shown that the M1 macrophages are involved in the progression of fibrosis through the modulation of their secretory repertoire by VIC.This work provides new clues about the pathophysiological processes involved in vascular and valvular diseases. It focuses on the deleterious role of M1 macrophages in diabetic subjects in vascular pathology and also identifies an unknown function of M1 in the progression of fibrosis associated with "cross-talk" with VIC. It will be necessary later to identify the molecular mechanisms underlying these interactions, which is expected to consider new therapeutic approaches to modulate the effect of this cell subtype in these diseases

L’implantation valvulaire aortique percutanée (TAVI) a émergé comme une alternative à la chirurgie pour les patients avec sténose sévère et haut risque chirurgical. Cette technique s’étend à une population plus large (e.g. anatomie plus complexe, risque chirurgical plus bas), ainsi qu'au traitement Valve-in-Valve (ViV) des bioprothèses (BPs) chirurgicales défaillantes. Cependant, deux complications majeures en limitent la généralisation. En TAVI « classique », la présence de fuites péripothétiques a été associée à une mortalité augmentée. Les effets du surdimensionnement de la prothèse percutanée pour assurer son étanchéité, ou de la forme de l’anneau souvent non circulaire, sur la performance hémodynamique, sont mal connus. En ViV, la présence de hauts gradients est fréquente et associée à une mortalité augmentée. Les BPs de taille nominale ≤ 21 mm et le mode de dégénérescence par sténose, facteurs mis en cause dans la sténose résiduelle et associés à une mortalité augmentée, ne sont pas assez spécifiques et il n’existe actuellement aucune recommandation pour le traitement des petites BPs. Par ailleurs, le bénéfice hémodynamique réel du ViV par rapport aux statuts avant ViV n’a pas été étudié.L’objectif général de ce travail doctoral est de comprendre les interactions entre la prothèse percutanée et l’anneau aortique ou la BP à traiter, impliquées dans la performance hémodynamique, en particulier dans des conditions d’implantation complexes, afin d’étendre les indications du TAVI. En ViV, le défi est de préciser les facteurs associés à sa performance et son utilité hémodynamique et de proposer des stratégies d’implantation afin d’optimiser le succès de la procédure
Transcatheter aortic valve implantation (TAVI) has emerged as an alternative to surgery for patients with severe aortic stenosis and high surgical risk. This technique is extending to a wider population (e.g. with more complex anatomy or lower surgical risk), as well as to patients with degenerated surgical bioprostheses (BPs). However, two major concerns remain limiting. Regarding “classical TAVI”, periprosthetic leaks have been associated with increased mortality. Oversizing is used to secure the device within the aortic annulus which is often non circular. The effects of oversizing and annulus shape on the hemodynamic performance are unknown. Regarding ViV implantations, elevated post-procedural gradients are common and have been associated with increased mortality. The principal factors associated with this residual stenosis as well as with increased risk of mortality, have been BPs label size ≤ 21 mm and mode of failure by stenosis. These factors are not specific enough and there is currently no recommendation for the treatment of small BPs. Besides, the actual hemodynamic benefit associated with ViV has not been evaluated (vs. pre ViV status).The general objective of this work is to understand the interactions between the transcatheter prosthesis and the aortic annulus or the BP to be treated, which impact the hemodynamic performance, especially in complex conditions of implantation, in order to extend the indications of TAVI. In the context of ViV, the objective is to specify the factors associated with the hemodynamic performance and utility of the treatment. The final aim is to provide strategies of implantation in order to optimize the success of the procedure

La sténose valvulaire aortique (SVA) est une valvulopathie résultant en l'ouverture incomplète de la valve aortique. La calcification des feuillets associée au vieillissement est la cause la plus importante de la SVA. Sa pathogénèse implique des dépôts de lipoprotéines, de l'inflammation et de la calcification des feuillets. Notre étude vise à identifier les gènes associés à une prédisposition à la SVA afin de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à cette maladie et potentiellement identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Pour ce faire, nous avons recruté 190 patients avec SVA dégénérative et 192 témoins, appariés pour l'âge et le sexe, puis effectué une étude d’association par gènes candidats en utilisant des marqueurs génétiques polymorphiques (SNP). Les gènes candidats choisis incluent (1) ceux dont les polymorphismes ont été présumés associés à la SVA dans des études antérieures (APOB, APOE, ESR1, PTH et VDR) (2) des gènes dont les polymorphismes ont été significativement associés et validés pour quelques maladies inflammatoires (IL-10, TNFAIP3) ou pour le métabolisme lipidique (PCSK9, LDLR) dans des études d’association pangénomiques, et (3) des gènes impliqués dans la pathogénie de la SVA à partir d’études faites sur des modèles animaux en lien avec la calcification (BMP2, CCR5, CTGF, LRP5, MSX2, WNT3), le remodelage tissulaire (CTSS, MMP9) ou le métabolisme lipidique (SMPD1). Pour les gènes des groupes (1) et (2), nous avons utilisé les SNPs rapportés dans la littérature comme étant significativement associés. Pour le groupe (3), nous avons effectué une approche par «tagSNP» qui consiste à sélectionner un groupe de SNP capturant la variabilité génétique dans la région ciblée. Au total, 81 SNPs dans 18 gènes ont été testés. Nous avons trouvé une association nominale avec les gènes BMP2 (OR = 1.55, IC95%: 1.14-2.10, p = 0.004) et LRP5 (OR = 1.47, IC95%: 1.06-2.03, p = 0.023) après ajustement pour la maladie coronarienne. Les gènes BMP2 et LRP5, impliqués dans la calcification selon certains modèles expérimentaux, sont donc associés à la SVA. Ce travail devrait être validé dans une cohorte indépendante plus large dans un avenir rapproché et il pourrait être étendu à d’autres gènes.
Aortic valve stenosis (AVS) is a valvular heart disease caused by calcification leading to incomplete opening of the aortic valve. Calcification of valve leaflets associated with aging is the most common cause of AVS. AVS pathogenesis involves lipoprotein deposits, chronic inflammation and calcification of the aortic valve leaflets. Our study aims to identify genes associated with AVS in order to better understand its mechanisms and potentially identify new therapeutic targets. We recruited 190 cases with AVS of different severity and 192 controls matched for age and sex. Then we conducted a candidate gene association study using single nucleotide polymorphisms (SNPs). The candidate genes selected include: (1) those with polymorphisms putatively implicated in previous genetic association studies of AVS (APOB, APOE, ESR1, PTH and VDR); (2) those with validated associations to inflammatory diseases (IL-10, TNFAIP3) or lipid metabolism (LDLR ,PCSK9) in genome-wide association studies and, (3) genes impliated in AVS pathogenesis from studies with animal models and thought to be involved in calcification (BMP2, CCR5, CTGF, LRP5, MXS2, WNT3); tissue remodeling (CTSS, MMP9) or lipid metabolism (SMPD1). For the first two categories of genes, we tested the SNPs reported to be associated in the literature and, in the third category we used a tag-SNP approach which consists of selecting a subset of SNPs to capture variability in the target region. Finally, 81 SNPs in 18 genes were tested. We found a nominal association of BMP2 (OR=1.55, CI: 1.14 – 2.10, p=0.004) and LRP5 (OR=1.47, CI: 1.06 – 2.03, p=0.023) with presence of AVS after adjustment for coronary heart disease. The genes BMP2 and LRP5, which are known to be involved in calcification based on animal models, are associated with AVS. The result of the current study should be validated in a larger independent cohort in the near future and then, it could also be extended to the study of other genes.

La sténose valvulaire aortique (SVA) est une pathologie associée au vieillissement et aux facteurs de risque cardiovasculaire. Afin d’étudier la SVA et d’explorer de nouvelles thérapies, plusieurs modèles animaux ont été récemment développés, mais la plupart de ces modèles ciblent les mécanismes de développement de la SVA reliés à l’hypercholestérolémie. Le syndrome de Werner (WS) est une maladie caractérisée par un vieillissement prématuré. Récemment, il a été découvert que des souris mutantes ayant une délétion du domaine hélicase du gène Werner, responsable du WS, démontraient un profile hémodynamique typique de la SVA. De ce fait, nous avons émis l’hypothèse que ces souris pourraient développer une SVA plus rapidement que des souris de type sauvage. Nous avons donc étudié les effets cette mutation chez des souris WrnΔhel/Δhel, en comparant le taux de progression d’une SVA entre des souris WrnΔhel/Δhel (WrnΔhel) et des souris de type sauvage comme groupe contrôle. À la suite d’une diète riche en sucre et en gras sur une période de 24 semaines, les souris WrnΔhel ont démontré une diminution plus prononcée de leur aire de valve aortique (mesures échocardiographiques) que les souris contrôles, supportée par les analyses histologiques concernant la fibrose des valves aortiques. Les souris n’ont toutefois développé aucun signe évident d’athérosclérose comme l’infiltration de lipides ou l’inflammation, bien que certaines caractéristiques liées à la dysfonction endothéliale semblent être augmentées chez les souris WrnΔhel. D’autres mesures échocardiographiques indiquant une SVA, comme une hypertrophie du ventricule gauche dans le groupe WrnΔhel, ont été obtenues. Nous avons aussi observé des indices de vieillissement plus marqués quant aux analyses sanguines et de la moelle osseuse des souris WrnΔhel en comparaison avec les souris contrôles. Par conséquent, ce modèle expérimental de vieillissement pourrait être utilisé pour les études futures sur la SVA sans les principaux effets athérogéniques des autres modèles expérimentaux.
Aortic valve stenosis (AVS) is associated with aging and classical cardiovascular risk factors. Different animal models were recently developed to study AVS and explore new therapies, however, most of these models rely almost exclusively on hypercholesterolemia-related mechanisms for AVS development. Werner syndrome (WS) is a disorder characterized by premature aging. It was recently demonstrated that mutant mice with a deletion of the helicase domain of the Werner gene, the gene responsible for WS, showed hemodynamic profile typical of AVS. We therefore hypothesized that mice with the WrnΔhel deletion could develop AVS earlier than wild-type (WT) mice. We studied the effect of the WrnΔhel mutation by comparing the rate of progression of AVS in homozygous mutant versus WT mice. By twenty-four weeks on a high-fat/high-carbohydrate diet, WrnΔhel/Δhel (WrnΔhel) mice showed a stronger decrease of the aortic valve area measured by serial echocardiography than WT mice, supported by histological analyses of valve fibrosis but without developing major signs of atherosclerosis such as lipid infiltration or increased inflammation. Some features linked to endothelial dysfunction also appeared to be increased in WrnΔhel mice. Other echocardiographic measurements were typical of AVS, such as left ventricle hypertrophy in the WrnΔhel group. We also observed stronger aging properties from WrnΔhel mice bone marrow and blood analyses compared to the WT group. Consequently, this experimental aging model could be used for AVS research without the major confounding atherogenic effects of other experimental models.