L'évaluation du ventricule droit dans l'hypertension pulmonaire

Right ventricle evaluation in pulmonary hypertension

• Auteur / Autrice : David Boulate
• Direction : Olaf Mercier, Elie Fadel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie, physiopathologie
• Date : Soutenance le 20/12/2017
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Hypertension pulmonaire : physiopathologie et innovation thérapeutique (2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Marc Humbert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olaf Mercier, Elie Fadel, Marc Humbert, Antoine Vieillard-Baron, Olivier Sanchez, Vincent Degos, Ari Chaouat, Iolanda Ion
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Antoine Vieillard-Baron, Olivier Sanchez

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie

Coeur

Physiologie

Hypertension artérielle pulmonaire

Ventricule droit

Mots clés libres

Ventricule droit

Hypertension pulmonaire

Imagerie

Physiologie

Anatomopathologie

Right ventricle

Pulmonary hypertension

Imaging

Physiology

Pathology

Résumé

L’insuffisance cardiaque droite est la première cause de mortalité des patients atteints d’hypertension pulmonaire (HP). Au début de la maladie, le ventricule droit (VD) opère un remodelage permettant une adaptation à l’augmentation des résistances vasculaires pulmonaires. Au cours de cette adaptation, les caractéristiques morphologiques, fonctionnelles et myocardiques se modifient. L’analyse de ces modifications peut s’appliquer en clinique au niveau du dépistage, de l’évaluation pronostique et du suivi des patients atteints d’HP. Néanmoins, la physiopathologie du passage d’un état compensé à un état décompensé reste à élucider de même que l’identification de nouvelles cibles thérapeutiques ou l’élaboration de méthodes non-invasives d’évaluation du VD restent à développer. L’objectif de cette thèse était d’évaluer un moyen de dépistage de l’HP en échographie cardiaque et d’étudier la physiopathologie de la défaillance ventriculaire droite sur un cœur droit remodelé. Un large rappel des notions d’anatomie, d’embryologie et de physiologie nécessaires à la compréhension des paramètres d’évaluation du VD a été réalisé, puis des études originales publiées et en cours ont été présentées.Une première étude s’est intéressée au dépistage échocardiographique d’une HP chez des patients avec une pathologie pulmonaire avancée. Nous avons montré que la dilatation de l’oreillette droite, du VD et certains paramètres fonctionnels étaient liés à une HP. Lorsque la fuite tricuspidienne était quantifiable (chez 52% des patients), l’évaluation d’autres paramètres du VD n‘améliorait pas le dépistage d’une HP. La présence de paramètres du VD anormaux chez les patients dont la fuite tricuspidienne n’était pas quantifiable n’améliorait pas le dépistage ; 20% des patients sans HP présentaient une dilatation du VD. Une validation extrinsèque chez l’animal avec une obstruction vasculaire pulmonaire modérée et progressive confirmait que la dilatation du VD était un des paramètres les plus précoces quantifiable lors du développement d’une HP. Le développement d’indices non-invasifs du VD plus spécifique d’une l’HP est nécessaire.Une seconde étude, nous avons caractérisé les modifications du VD au cours d’une insuffisance cardiaque droite aigue survenant dans le cadre d’une HP dans une nouveau modèle animal. Le VD était évalué avec des paramètres de courbes pression-volume, d’échocardiographie, de cathétérisme cardiaque droit et par des biomarqueurs circulants. L’analyse anatomopathologique et protéique du VD, environ 3 heures après la restauration hémodynamique, retrouvait des lésions d’ischémie sous-endocardiques et sous-épicardiques et des stigmates d’activation d’autophagie. Nous avons retrouvé des lésions sous-endocardiques du VD similaires chez 5 patients avec une HP ayant bénéficié d’une transplantation cardiopulmonaire dans un contexte de défaillance hémodynamique. Des données préliminaires suggèrent que ces lésions sont associées aux défaillances rénales et hépatiques et à une altération de la survie après transplantation cardiopulmonaire.En conclusion, certains signes de remodelage du VD peuvent être présents chez des patients avec des pathologies pulmonaires avancés en l’absence d’HP, ce qui limite leur intérêt pour le diagnostic non-invasif d’une HP. A l’autre extrémité du spectre de sévérité d’une HP, nous avons modélisé pour la première fois une insuffisance cardiaque droite aigue dans un modèle animal d’HP. Nous avons démontré pour la première fois que des lésions ischémiques pouvaient se développer dans le VD en quelques heures malgré l’induction d’une restauration hémodynamique avec de la dobutamine. Ces données apportent un rationnel fort pour l’évaluation des lésions tissulaires du VD à l’aide de biomarqueurs circulant en pratique clinique dont les applications restent à établir.

Right heart failure is the leading cause of mortality in patients with pulmonary hypertension (PH). At early stage of PH the right ventricle (RV) remodels to adapt to the increased pulmonary vascular resistances. This adaptation is characterized by morphological, functional and myocardial changes. The evaluation of these changes may be applied for screening, prognosis evaluation and follow-up of patients with PH. However, the pathophysiology of the transition from adaptive to maladaptive phenotypes remains unclear; and identification of RV therapeutic targets and noninvasive methods for its evaluation remains to developed. The aim of this thesis was to evaluate non-invasive screening of PH with echocardiography and to study the pathophysiology of acute right heart failure in the setting of chronic PH by performing precise phenotyping of a new large animal model. A wide review of anatomic, embryologic and physiologic concepts was performed to help for the understanding of parameters of RV evaluation; then published and ongoing original studies were presented.In a first study, we investigated PH screening with echocardiography in patients with advanced lung disease. In this study, we showed that enlargement of the RV and of the right atrium, as well as function parameters of the RV were associated with PH. When the tricuspid regurgitation was available (52% of cases), RV morphology and function parameters did not improve PH diagnosis. Abnormal RV morphology and function without available tricuspid regurgitation provided moderate detection value; whereas 20% of patients without PH presented enlargement of the RV. In a large animal model with progressive increase in pulmonary artery mechanical obstruction, enlargement of the RV was the earliest RV parameter associated with PH development. This study highlights the need for more specific RV indices of PH.In a second study we investigated right ventricular changes in a new large animal model of acute right heart failure occurring on chronic PH; a situation associated with around 40% mid term mortality or transplantation. We characterized right ventricular changes during acute volume and pressure overload and after hemodynamic restauration in a large animal model of chronic thromboembolic PH. The RV was evaluated with parameters derived from pressure-volume loops, echocardiography, right heart catheterism and with circulating biomarkers. Pathological and proteins content analyzes of the RV around 3 hours after hemodynamic restauration showed acute subendocardial and subepicardial focal ischemic lesions as well as signs of autophagy activation. We found similar ischemic lesions in RV of 5 patients who underwent a heart-lung transplantation for PH in the setting of hemodynamic compromise. Preliminary data suggest that these lesions are associated with end-organ injury and poor overall survival after heart-lung transplantation in patients with PH.In conclusion, abnormal echocardiographic right heart metrics may be observed in patients with advanced lung disease without PH limiting their use for PH screening in this population. This highlight the need for more specific right heart metrics associated with PH. At the other extreme of the spectrum of PH severity, we described for the first time a large animal model of acute right heart failure in chronic PH. We reproduced and described the main morphological and functional features observed in acute right heart failure on PH and we showed for the first time that acute right ventricular ischemic lesions may develop within few hours despite hemodynamic restauration with dobutamine. These data provide a strong rational to develop specific biomarkers to evaluate tissue lesions of the right ventricle and determine their clinical implications.