l'hypoxie cérébrale, suite à un choc traumatique léger du cerveau au stade juvénile, altère la fonction cardiaque au stade adulte : étude pré-clinique.

the short-term brain hypoxia affects long-term cardiac dysfunction in juvenile mild traumatic brain injury mouse model

• Auteur / Autrice : Nitchawat Paiyabhroma
• Direction : Sylvain Richard
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie Santé
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 27/09/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-….)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Chimiques et Biologiques pour la Santé (Montpellier ; Ecole Doctorale ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : PhyMedExp - Physiologie et Médecine Expérimentale du Coeur et des Muscles
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : 3. Maladies respiratoires et environnement
• Jury : Président / Présidente : Jerome Badaut
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvain Richard, Pierre Sicard, Mohamed Chahine, Craig Goergen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohamed Chahine, Jerome Badaut

Mots clés

Mots clés libres

Hypoxie cérébrale

Traumatique léger

Fonction cardiaque

Echographie

Photoacoustique

Brain hypoxia

Juvenile

Cardiac dysfunction

MTBI

Echocardiography

Photoacoustic imagaing

Résumé

Les traumatismes craniens légers (TCL) sont associés à un risque de développement de troubles neurologiques, mais aussi cardiovasculaires. L'évaluation diagnostique actuelle du TCL en imagerie (CT-scan, IRM) n’est pas systématique. Elle est réalisée uniquement après un examen neurologique perturbé et ne recherche que les conséquences anatomiques du TCL. La combinaison des rayonnements non invasifs et non ionisants de l'imagerie photoacoustique (PAI) et l'échographie haute résolution (US) permet d’obtenir des données anatomiques, moléculaires et fonctionnelles du cerveau et des organes périphériques. L'objectif de notre travail a été de s'appuyer sur cette modalité d’imagerie pour évaluer les interactions cerveau-cœur dans un modèle préclinique de TCL juvénile sur le long terme. Le TCL a été induit par un seul impact non invasif au 17ème jour après la naissance. Nous avons utilisé la PAI pour caractériser une hypoxie cérébrale transitoire 4h après le TCL. Le suivi pendant 6 mois, par échographie 2D et 4D, a permis de documenter le dévelopement d’une insuffisance cardiaque diastolique à fraction d’éjection préservée. Une épreuve d'effort à la dobutamine a révélé un dysfonctionnement cardiaque systolique associé à une diminution de la consommation d'oxygène du myocarde. Une corrélation entre l'hypoxie cérébrale aigue (pédiatrique) et différents index de dysfonction cardiaque chronique (au stade adulte) a été documentée. De plus, le niveau d’hypoxie 4h après le TCL est corrélé avec les changements de comportement de l’animal, notamment au niveau de l'apprentissage et des défauts de performance motrice à long terme. En conclusion, les techniques d'imagerie PAI en 2D et 4D ont révélé les conséquences délétères à long-terme au niveau comportemental et au niveau de la fonction cardiaque après TCL au stade pédiatrique. Notre étude permet d’envisager une amelioration de l'évaluation précoce du TCCm, avec un rayonnement non invasif et non ionisant, et une approche rapide.

Mild traumatic brain injury (mTBI) is a silent epidemic worldwide that causes suffering from the long-term effects on behavior changes and the peripheral organs system, especially in the pediatric population. The current diagnostic assessment for mTBI has not covered those traces of the disease that do not appear when using CT-scan and MRI imaging techniques. Moreover, shades of evidence showed that TBI is associated with cardiac dysfunction, but the pathophysiology is still unclear. The combination of photoacoustic imaging (PAI) and high-resolution ultrasound (US) makes it possible to assess the oxygen saturation (sO2) of organs and to measure cardiac function accurately. The objective of our work was to longitudinal assess and monitor brain-to-heart interactions with PAI and US imaging for measuring sO2 and cardiac function in a juvenile mTBI model. The mTBI was induced by a single impact of closed-head injury. We introduced PAI to assess transient brain hypoxia. The two-and four-dimensional ultrasound (2DUS and 4DUS) detected progressively cardiac diastolic dysfunction with preserved ejection fraction. During dobutamine stress test the animals exhibited cardiac systolic dysfunction and impaired oxygen consumption of the myocardium. The correlations between brain hypoxia and cardiac dysfunction enlightened brain-heart interactions after mTBI. Moreover, animal status post-mTBI correlated with behavior changes in learning and motor performance defects in the long term. In conclusion, PAI, 2D, and 4D imaging techniques revealed that mTBI in the juvenile model leads to transient brain hypoxia, eliciting cardiac dysfunction and behavior alterations in the long term. This study gives a new promise to improve early assessment for mTBI with non-invasive, non-ionizing radiation and a rapid approach.