Déterminisme structurel des arythmies cardiaques et de l'ablation

The structural determinism of cardiac arrhythmia and ablation

• Auteur / Autrice : Marine Arnaud
• Direction : Josselin Duchateau
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Bioimagerie
• Date : Inscription en doctorat le 28/11/2023
• 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 : Centre de recherche Cardio-Thoracique de Bordeaux
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Electrophysiologie Cardiaque

Mots clés

Mots clés libres

Déterminisme structurel

Arythmie cardiaque

Ablation

Structural determinism

Cardiac arrhythmia

Ablation

Résumé

Les arythmies cardiaques ont une incidence croissante et représentent un enjeu de santé publique au regard de leur impact en terme de morbi-mortalité. L'objectif de cette thèse est d'étudier le déterminisme structurel des arythmies cardiaques et des lésions d'ablation par cathéter, d'un point de vue clinique et fondamental. La classification historique du mécanisme des arythmies repose sur trois entités : les automatismes anomaux, les activités déclenchées et la réentrée. En pratique clinique, même si ces trois mécanismes sont représentés, la réentrée est le plus fréquent. En délaissant le traditionnel triangle de Coumel, nous aborderons le phénomène de réentrée sous un angle novateur. Nous suggérons de reconsidérer ces réentrées à travers une dichotomie entre leur initiation et leur maintien. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous nous attacherons à fournir des arguments étayés par des démonstrations cliniques et scientifiques afin de soutenir ce changement de paradigme. Notre étude de l'initiation de la réentrée se focalisera sur le déterminisme structurel du bloc de conduction unidirectionnel, en particulier des blocs fonctionnels. Des cartes électro-anatomiques permettront de mettre en évidence des régions cardiaques privilégiées pour ces phénomènes, que nous pensons spatialement fixes car structurellement déterminés. Entre autres, la construction d'atlas probabilistes à partir de données agrégées de plusieurs patients permettra de mettre en évidence ce déterminisme. Trois causes potentielles de bloc fonctionnel seront étudiées dans ce cadre : les extrastimuli, la stimulation vagale, et la contrainte mécanique. Les liens entre bloc fonctionnel et tachycardies cliniques seront étudiés dans différentes populations de patients, en combinant des techniques de stimulation et de cartographie électro-anatomique. Notre étude des conditions de maintien des réentrées repose sur un modèle novateur de « topologie électrophysiologique ». Ce modèle, en utilisant des outils dérivés de la topologie et de la géométrie différentielle, créé un lien explicite entre la géométrie du tissu cardiaque et les circuits de réentrée qui peuvent y être hébergés. Ce modèle sera utilisé et adapté pour résoudre différentes tâches cliniques : 1) la prédiction de circuits de tachycardie ventriculaire sur les patients porteurs d'une cardiopathie ischémique, et 2) la caractérisation de la complexité anatomique du tissu conductif spécialisé ventriculaire, cause potentielle d'arythmie ventriculaires malignes. Enfin, un dernier volet de ce travail se focalisera sur la création de lésion en milieu hétérogène, à partir d'expériences in silico, ex vivo et in vivo.

Given its rising incidence and impact on mortality, cardiac arrhythmia is a public health issue. The objective of this thesis is to study the structural determinism of cardiac arrhythmia and catheter ablation, from a clinical and basic science point of view. Historically, three arrhythmia mechanisms have been described: abnormal automaticity, triggered activity and reentry. In practice, although all three are present, reentry is most frequently encountered. We propose to move away from the traditional (Coumel's triangle) model of arrhythmogenesis towards a dichotomy between the initiation of arrhythmia and the processes involved in its maintenance. The aim of this work is to produce clinically and scientifically based arguments supporting this paradigm shift. A first part of this work dedicated to the initiation of reentry will focus on the structural determinism of unidirectional conduction block, particularly functional block. Electro-anatomical mapping will be used to highlight anatomical regions predisposed to these phenomena, which we believe are structurally determined and hence spatially fixed. Among other methods, the construction of probabilistic atlases from aggregated data of multiple patients will be used to illustrate this concept. Three potential causes of functional block will be examined in this context: extrastimuli, vagal stimulation, and mechanical strain. The links between the occurrence of functional block and clinical tachycardia will be further explored in a variety of patient populations, using a combination of electro-anatomical mapping and pacing techniques. Our study on the conditions for maintaining reentries is based on an innovative ''electrophysiological topology'' model. This model, using tools derived from topology and differential geometry, establishes an explicit link between the geometry of cardiac tissue and the reentry circuits it can harbor. This model will be used and adapted to solve various clinical tasks: 1) predicting ventricular tachycardia circuits in patients with ischemic heart disease, and 2) characterizing the anatomical complexity of the specialized ventricular conductive tissue, a potential cause of malignant ventricular arrhythmias. A final part of this work will focus on lesion creation in heterogeneous tissue, using a combination of in vivo, ex vivo and in silico experiments.