Déficience de la microcirculation dans l’insuffisance cardiaque à fraction d’éjection systolique préservée

Microcirculation impairment in heart failure with preserved ejection fraction

• Auteur / Autrice : Nabil Nicolas
• Direction : Etienne Roux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie Cellulaire et Physiopathologie
• Date : Soutenance le 19/10/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie des maladies cardiovasculaires (Pessac, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Thomas Ducret
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique Maupoil, Jean-Claude Dussaule, Virginie Monceau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Véronique Maupoil, Jean-Claude Dussaule

Mots clés

Mots clés contrôlés

Circulation coronaire

Physiopathologie

Cellules endothéliales

Imagerie tridimensionnelle

Maladies vasculaires

Étiologie

Insuffisance cardiaque

Mots clés libres

Microcirculation

Imagerie 3D

Vascularisation coronaire

Cellules endothéliales

Insuffisance cardiaque fraction d’éjection préservée

Icrovascularisation

Modèle murin

Endothelial cell

Heart failure

3D imaging

Microcirculation

Heart failure with preserved ejection fraction

Microvascularisation

Mouse model

Résumé

L’insuffisance cardiaque à fraction d’éjection préservée (ICFEP) est une maladie cardiovasculaire caractérisée par une dysfonction télédiastolique. Cette maladie est associée à plusieurs facteurs de risques dont l’âge (>65 ans), le sexe (♀>♂), et différentes comorbidités telles que l’obésité, le diabète de type 2, et la dysfonction rénale. L’étiologie de la maladie reste inconnu, et aucun traitement curatif de la maladie n’est disponible.Notre hypothèse physiopathologique est que les désordres métaboliques et la dysfonction rénale sont responsables d’une inflammation systémique chronique et d’une altération de la sensibilité vasculaire aux contraintes de cisaillement, ou shear stress (SS). Cumulés avec l’âge, ils sont responsables d’une dysfonction endothéliale menant à une réorganisation structurale pathologique de la microvascularisation cardiaque avec perte de fonctionnalité conduisant, in fine, à une dysfonction diastolique.Les expériences ont été réalisées sur un modèle physiopathologique murin d’ICFEP, cumulant des facteurs de risques dans la maladie humaine. Les comparaisons statistiques ont été réalisées par rapport à un modèle de souris saines, sans aucun facteur de risque. L’impact du sexe a été réalisée par comparaisons statistiques entre souris saines mâles et femelles. (1) Les désordres métaboliques (glycémie, triglycéridémie, cholestérolémie) ont été identifiés par biochimie plasmatique. (2) La dysfonction rénale a été identifiée fonctionnellement par la créatininémie et de l’urémie ; et morphologiquement par quantification du réseau capillaire glomérulaire fluoromarqué sur images 3D de microscopie à feuilles de lumière (MFL) sur rein transparisé. (3) L’état pro-inflammatoire a été évalué par mesure de la formule leucocytaire et de la concentration en interleukine-6 plasmatique par ELISA. (4) Les perturbations hémodynamiques ont été évaluées par calcul des SS au niveau de l’artère carotidienne commune droite (ACCD) après échographie. (5) La dysfonction endothéliale a été caractérisée par mesure de l’orientation et de la polarité des cellules endothéliales de ACCD sur images de microscopie confocale après fluoromarquage des noyaux et appareils de Golgi. (6) La réorganisation de l’architecture microvasculaire cardiaque a été quantifiée au niveau des capillaires ventriculaires fluoromarqués sur des images 3D de MFL sur cœur transparisé. (7) La dysfonction diastolique ventriculaire gauche a été évaluée sur cœur isolé rétroperfusé en système Langendorff.Une série de mise au point des techniques d’acquisition et de traitement d’images 3D a permis de valider une méthode de segmentation non visuelle ainsi que la définition de descripteurs morphométriques des réseaux capillaires cardiaques et rénaux, préalablement au comparaisons entre souris ICFEP et saines. Les résultats ont montré que les souris ICFEP présentaient un désordre métabolique avec augmentation de la glycémie et de la cholestérolémie, ainsi qu’une dysfonction rénale fonctionnelle avec augmentation de la créatininémie, et morphologique avec une baisse de la densité volumique glomérulaire associée à une altération de la structure glomérulaire. Les souris ICFEP présentaient un état pro-inflammatoire chronique avec augmentation des leucocytes pro-inflammatoires, ainsi qu’une rupture de l’homéostasie des SS en systole. Elles étaient atteintes d’une dysfonction endothéliale avec altération de l’orientation des cellules endothéliales, et une dysfonction microvasculaire avec une raréfaction capillaire ventriculaire gauche et une altération de l’architecture capillaire ventriculaire droite. Elles présentaient une dysfonction diastolique ventriculaire gauche avec augmentation de la rigidité et une baisse de la vitesse de relaxation. La comparaison entre mâles et femelles saines n’a montré de différences que sur la glycémie, la triglycéridémie, la créatininémie, et la formule leucocytaire.

Heart failure with preserved ejection fraction (HFPEF) is a cardiovascular disease characterized by end-diastolic dysfunction. This disease is associated with different risk factors including age (>65 years), gender (♀>♂), and various comorbidities such as obesity, type 2 diabetes, and renal dysfunction. The etiology of the disease remains unknown, and no curative treatment for the disease is available.Our pathophysiological hypothesis is that metabolic disorders and renal dysfunction are responsible for chronic systemic inflammation and altered vascular sensitivity to shear stress (SS). Cumulated with age, they are responsible for endothelial dysfunction leading to a pathological structural reorganization of the cardiac microvascularisation with a loss of its functionality, ultimately leading to diastolic dysfunction.The experiments were done on a physiopathological mouse model of HFPEF, accumulating risk factors known in human disease. Statistical comparisons were made with a healthy mouse model, without any risk factors. The impact of sex was evaluated thanks to statistical comparisons between healthy males and females. (1) Metabolic disorders (glycemia, triglyceridemia, cholesterolemia) were identified by plasma biochemistry. (2) Renal dysfunction was identified functionally by creatininemia and uremia; and morphologically by quantification of the fluorostained glomerular capillary network on 3D light sheet microscopy (LSM) images of optically cleared kidneys. (3) The pro-inflammatory state was assessed by leucocyte counting and by measuring interleukin-6 plasmatic concentration by ELISA. (4) Hemodynamic alterations were assessed by calculating SS in the right common carotid artery (RCCA) after an ultrasound. (5) Endothelial dysfunction was characterized by measuring the orientation and polarity of RCCA endothelial cells on confocal microscopy images after fluorostaining of the nuclei and Golgi apparatus. (6) The reorganization of the cardiac microvascular architecture was quantified on the fluorostained ventricular capillary network on 3D LSM images of optically cleared hearts. (7) Left ventricular diastolic dysfunction was assessed on isolated retroperfused hearts in the Langendorff system.A series of developments in 3D image acquisition and processing techniques were used to validate a non-visual segmentation method and to define morphometric descriptors of the cardiac and renal capillary networks, prior to comparing HFPEF and healthy mice. The results showed that the HFPEF mice presented a metabolic disorder with increased glycemia and cholesterolemia, as well as functional renal dysfunction with increased creatininemia, and morphological dysfunction with a decrease in glomerular volume density associated with an alteration in glomerular structure. The HFPEF mice showed a chronic pro-inflammatory state with increased pro-inflammatory leukocytes and a disruption of SS homeostasis in systole. They showed endothelial dysfunction with altered endothelial cell orientation, as well as microvascular dysfunction with left ventricle capillary rarefaction, and altered right ventricular capillary network architecture. They showed left ventricular diastolic dysfunction with increased stiffness and reduced relaxation rate. Comparisons between healthy males and females showed differences only in glycemia, triglyceridemia, creatininemia, and leucocyte count.