Thermomechanical analysis of the vascular system at the skin surface - Diabetic foot application

Analyse thermomécanique du système vasculaire de surface - Application au pied diabétique

Vincent Serantoni (1, 2)

1 ThM2 - ThermoMécanique des Matériaux
2 BIOTIC - Biomécanique des Interactions et de l'Organisation des Tissus et des Cellules

Diabetes Mellitus (DM) is one of the severe public health-care chronic disease issue, with about 422 millions of patients worldwide in 2017. DM is a serious pathology, especially through the severity of its microvascular complications (diabetic retinopathy, diabetic nephropathy, neuropathy) and macro vascular complications (ischemic heart disease, peripheral arterial disease). Among these complications, “diabetic foot”, is a complex disease with a medical, social (lifestyle), human (quality of life) and economic (high cost for the health care systems) major impact.Through this doctoral thesis, one of the interest is to connect this pathology, including complications, to the skin temperature. By evaluating the mechanisms responsible for the two most common complication, peripheral neuropathy (nerve damage) and peripheral artery disease (vascular structures damage), and the effects of these two complications on the body, one can show that it is possible to connect skin temperature oscillations to the state of the pathology, thanks to the evaluation of the thermoregulatory activity.This work is based on: (i) numerical models to connect skin blood flow oscillations to skin thermal oscillations; (ii) an important phase of accurate metrology to use an infrared micro-bolometer camera; (iii) development of an experimental protocol enable to activate and enhance thermoregulatory mechanisms; and (iv) the quantification of the intensity of these mechanisms in function of different groups of subjects, with or without DM.

Le diabète est une maladie chronique et un problème majeur de santé publique avec 422 millions d’adultes diabétiques dans le monde en 2017. Il constitue une pathologie grave, notamment par la sévérité de ses complications micro-vasculaires (rétinopathie diabétique, néphropathie diabétique, neuropathie) et macro vasculaires (cardiopathie ischémique, artériopathie périphérique). Parmi ces complications, le « pied diabétique » est un problème médical, social, humain et économique majeur. Il a un retentissement sévère à la fois pour la personne diabétique (sa qualité de vie, sa durée de vie), mais aussi pour la société en engendrant un coût économique important.Au travers de cette thèse de doctorat on s’intéresse à relier cette pathologie, ainsi que ses complications, à la température de la peau. En évaluant les mécanismes en partie responsables des deux principales complications, que sont la neuropathie périphérique (atteinte des nerfs) et l’artériopathie oblitérante des membres inférieurs (atteinte des structures vasculaires), ainsi que les effets de ces dernières sur le corps, on montre qu’il est possible de relier les variations de la température cutanée à l’état pathologique des patients grâce à l’évaluation des mécanismes de thermorégulation encore actifs.Ces travaux reposent sur : (i) des modèles numériques permettant de relier les variations du débit sanguin aux variations la température cutanée ; (ii) une importante phase de métrologie pour l’utilisation précise d’une caméra infrarouge micro-bolométrique ; (iii) le développement d’un protocole expérimental permettant l’activation des mécanismes de thermorégulation ; (iv) la quantification de l’intensité de ces mécanismes en fonction de différents groupes de sujets, pathologiques ou non.

Mots clés: Diabetic foot; Thermoregulation; Biothermomechanical model; Metrology of infrared microbolometer camera

Mots clés: Pied diabétique; Thermorégulation; Modèle biothermomécanique; Métrologie de caméra infrarouge micro-Bolométrique

Domaines: Mécanique [physics.med-ph]; Génie civil

Vincent Serantoni. Analyse thermomécanique du système vasculaire de surface - Application au pied diabétique. Mécanique [physics.med-ph]. Université Montpellier, 2019. Français. ⟨NNT : 2019MONTS057⟩. ⟨tel-02441302v2⟩