Evaluation in-vivo de la viscosité pariétale des artères de conductance : impact du vieillissement, de la dysfonction endothéliale et de la réduction pharmacologique de la fréquence cardiaque.

In vivo evaluation of arterial wall viscosity in conductance artery : impact of ageing, endothelial dysfunction and pharmacological heart rate reduction

• Auteur / Autrice : Frédéric Roca
• Direction : Robinson Joannides
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moleculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 12/12/2019
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation de la thèse : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : EnVi - Endothélium, valvulopathies et insuffisance cardiaque (Rouen ; 2012...)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Chassagne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Athanase Benetos, Anne- Marie Leroi, Sophie Liabeuf
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pierre Boutouyrie, Olivier Hanon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hypertension artérielle

Endothélium vasculaire

Ivabradine

Vieillissement

Rigidité artérielle

Artères -- Exploration fonctionnelle

Viscoélasticité

Artères

Mots clés libres

Viscosité pariétale artérielle

Fréquence cardiaque

Ivabradine

Endothélium

Hypertension

Vieillissement artériel

Arterial wall viscosity

Heart rate

Ivabadrine

Endothelium

Hypertension

Arterial ageing

Résumé

Les artères de conductance ont un comportement viscoélastique mais la composante visqueuse a été moins étudiée chez l’homme, que la composante élastique. Cette viscosité pariétale artérielle participe à la dissipation d’une partie de l’énergie élastique emmagasinée au cours du cycle cardiaque. Elle pourrait altérer l’efficience du couplage cardio-circulatoire au cours du vieillissement ou de l’HTA. A l’inverse, une baisse de cette composante pourrait être délétère en n’atténuant pas suffisamment l’énergie élastique transmise à la paroi artérielle et aux organes périphériques. Dans ce contexte, l’évaluation de ce paramètre chez l’homme en physiologie et au cours du vieillissement normal ou accéléré est nécessaire. De plus, l’identification des déterminants de la viscosité pariétale et la recherche de cibles pharmacologiques modifiant spécifiquement la viscosité semblent pertinentes. Ce travail a pour objectifs d’évaluer la viscosité pariétale au niveau des artères de conductance chez le sujet jeune mais également au cours du vieillissement et de l’HTA, de déterminer le rôle de l’endothélium et du tonus musculaire dans la régulation de la viscosité pariétale à l’état basal et stimulé et enfin d’évaluer l’effet de la réduction pharmacologique de la fréquence cardiaque (FC) sur la viscosité pariétale et l’impact du vieillissement sur cet effet. Nous avons évalué la viscosité pariétale par deux méthodes, l’une au niveau carotidien et l’autre au niveau radial à partir de techniques d’écho-tracking vasculaire haute résolution et de tonométrie ou de pléthysmographie. Ceci nous a permis d’obtenir des relations pression-diamètre ou pression-section permettant une évaluation thermodynamique du phénomène visqueux. Ainsi, nous avons montré que la viscosité pariétale artérielle est régulée, au niveau de l’artère radiale, par le monoxyde d’azote et les acides époxyeicosatriénoïques endothéliaux, chez le sujet sain comme chez le patient hypertendu. Ces facteurs semblent agir par des mécanismes tonus-dépendants et indépendants. Au cours de l’hypertension artérielle, on constate une augmentation de l’énergie dissipée parallèle à l’augmentation d’énergie emmagasinée dans la paroi résultant en une viscosité relative stable à l’état basal. Cependant, lors de l’augmentation du flux, ce mécanisme adaptatif est altéré, du fait de la dysfonction endothéliale au cours de l’hypertension, résultant en une augmentation de la viscosité absolue et relative. Au niveau carotidien, la réduction de la FC par l’ivabradine augmente la viscosité absolue parallèlement à l’augmentation de l’énergie élastique, aboutissant à une viscosité relative stable, chez le sujet sain ayant une FC supérieure à 70 bpm au repos. Dans cette population, les sujets d’âge moyen présentent des viscosités absolue et relative moindres que les sujets jeunes à l’état basal. Lors de la réduction pharmacologique de la FC, ils présentent également une augmentation majeure de la viscosité absolue et relative suggérant une altération de ce mécanisme adaptatif.

Conductance arteries have a viscoelastic behavior, but the viscous component has been less investigated than the elastic in human. This arterial wall viscosity (AWV) contributes to the dissipation of the elastic energy stored during the cardiac cycle. AWV could impair the efficiency of the cardiovascular coupling during aging or hypertension. Conversely, a decrease in the viscous component could be deleterious due to an insufficient damping of the elastic energy transmitted to the arterial wall and the peripheral organs. In this context, the assessment of this parameters in human physiology and during normal and accelerated aging in necessary. Moreover, the identification of the determinants of wall viscosity and the search for pharmacological targets that specifically modify viscosity seem relevant. The aims of this work are to assess AWV in conductance arteries in young subjects and during aging and hypertension, to determine the role of the endothelium and smooth muscle tone in the regulation of wall viscosity at basal state and after stimulation, and to evaluate the effect of pharmacological heart rate (HR) reduction on wall viscosity and the aging impact on this effect. We evaluated the AWV with two methods, the first at the level of carotid and the second at the level of radial artery, using high resolution vascular echo-tracking, tonometry and plethysmography. Thus, we obtained pressure-diameter or pressure-cross sectional area relationships permitting a thermodynamic approach of the viscous phenomenon.Thus, we demonstrated that AWV is regulated, at the level of radial artery, by endothelial nitric oxide and epoxyeicosatrienoic acids in healthy subjects and in hypertensive patients. These factors seem to act by tone-dependent and independent mechanisms. During arterial hypertension, we observe an increased dissipated energy in parallel with the energy stored in the arterial wall resulting in a stable relative viscosity at the basal state. However, during blood flow increase, this adaptative mechanism is impaired, because of the endothelial dysfunction observed during hypertension, resulting thus in an increase in absolute and relative viscosity. At the carotid level, HR reduction by ivabradine increases the absolute viscosity in parallel with the increase in the elastic energy resulting thus in a stable relative viscosity, in healthy subjects with a HR higher than 70 bpm at rest. In this population, at baseline, middle-age subjects exhibit lower absolute and relative viscosities than younger subjects. After pharmacological HR reduction, they already have a large increase in absolute and relative viscosity suggesting the loss of this adaptative mechanism.