Les mécanismes d’oxygénation sanguine de l’œil en corrélation avec le système respiratoire

Sommaire L’oxygène fait partie intégrante de l’environnement et ceci jusqu’au fonctionnement même des structures cellulaires qui composent le corps humain. Deux systèmes sont intimement liés à la distribution de l’oxygène, ce sont les systèmes cardiovasculaire et respiratoire. La transparence du système optique de l’œil peut être exploitée afin de mesurer de façon non invasive la concentration en oxyhémoglobine du sang qui alimente le système nerveux central. L’oxygénation capillaire de l’œil a été mesurée par spectro-réflectométrie dans deux régions de l’œil: d’une part les capillaires de la zone du nerf optique qui représentent principalement la circulation rétinienne; d’autre part, les capillaires du limbe cornéen. Cinq sujets volontaires, non fumeurs, sains, âgés de 20 à 45 ans et cinq sujets volontaires, fumeurs, sains, âgés de 20 à 40 ans ont participé à cette étude. Tous ces sujets ont été exposés à des conditions d’hyper et d’hypo oxygénation. Une séance d’expérimentations était composée d’un enregistrement continu de 360 secondes. Durant la première étape de 60 secondes, le sujet respirait de l’air ambiant. Durant une deuxième étape de 180 secondes, le sujet était exposé soit à une condition d’hyper (60% O2) soit, à une condition d’hypo oxygénation (15% O2), tandis que les 120 dernières secondes de la séance de mesure permettait d’exposer le sujet, une fois de plus à l’air ambiant. Le rythme cardiaque et les changements d’oxygénation artérielle au niveau du doigt étaient mesurés pendant ce temps vec le sphygmo-oxymètre. Les variations du taux d’oxyhémoglobine du sang au niveau capillaire de l’œil (nerf optique ou sclérotique) étaient toujours en corrélation directe avec les variations du taux d’oxyhémoglobine artériel. Toutefois, les capillaires du nerf optique offrent plus de précision pour les mesures d’oxygénation, relativement aux mesures d’oxygénation du sang contenu dans les capillaires de la sclérotique. La précision de la mesure de la concentration d’oxyhémoglobine obtenue dans cette étude par spectro-réflectométrie de l’œil, en fait un instrument utile au diagnostic d’une grande partie des pathologies pulmonaires ou oculaires.

DETERMINATION OF THE MASS OF IGR J17091-3624 FROM ``SPECTRO-TEMPORAL'' VARIATIONS DURING THE ONSET PHASE OF THE 2011 OUTBURST

The 2011 outburst of the black hole candidate IGR J17091-3624 followed the canonical track of state transitions along with the evolution of quasi-periodic oscillation (QPO) frequencies before it began exhibiting various variability classes similar to GRS 1915+105. We use this canonical evolution of spectral and temporal properties to determine the mass of IGR J17091-3624, using three different methods: photon index (Gamma)-QPO frequency (nu) correlation, QPO frequency (nu)-time (day) evolution, and broadband spectral modeling based on two-component advective flow (TCAF). We provide a combined mass estimate for the source using a naive Bayes based joint likelihood approach. This gives a probable mass range of 11.8 M-circle dot-13.7 M-circle dot. Considering each individual estimate and taking the lowermost and uppermost bounds among all three methods, we get a mass range of 8.7 M-circle dot-15.6 M-circle dot with 90% confidence. We discuss the possible implications of our findings in the context of two-component accretion flow.

Hunting spectro-temporal information in unevenly spaced paleoclimate time series

18 p.

Circular dichroism spectro electrochemical and voltammetric studies of vitamin B-2

Electroreduction of vitamin B-2 (VB2) was studied by in situ circular dichroism (CD) spectroelectrochemistry (SEC) with a long optical path length thin layer cell (LOPLTLC). The results showed that the electroreduction of VB2 in phosphate buffer solution (PBS) (PH 6.8) was a two-electron electrochemical process with weak adsorption of the reactant at the glassy carbon (GC) electrode surface. The CD spectra change of VB2 in the reduction process was explained with the theory of electronic states. We also treated the CD spectra with a singular value decomposition least square (SVDLS) method, and have found not only the number of components and their spectra, but also the fraction distribution of each component in the electroreduction process of VB2.

Analyse par apprentissage automatique des réponses fMRI du cortex auditif à des modulations spectro-temporelles

L'application de classifieurs linéaires à l'analyse des données d'imagerie cérébrale (fMRI) a mené à plusieurs percées intéressantes au cours des dernières années. Ces classifieurs combinent linéairement les réponses des voxels pour détecter et catégoriser différents états du cerveau. Ils sont plus agnostics que les méthodes d'analyses conventionnelles qui traitent systématiquement les patterns faibles et distribués comme du bruit. Dans le présent projet, nous utilisons ces classifieurs pour valider une hypothèse portant sur l'encodage des sons dans le cerveau humain. Plus précisément, nous cherchons à localiser des neurones, dans le cortex auditif primaire, qui détecteraient les modulations spectrales et temporelles présentes dans les sons. Nous utilisons les enregistrements fMRI de sujets soumis à 49 modulations spectro-temporelles différentes. L'analyse fMRI au moyen de classifieurs linéaires n'est pas standard, jusqu'à maintenant, dans ce domaine. De plus, à long terme, nous avons aussi pour objectif le développement de nouveaux algorithmes d'apprentissage automatique spécialisés pour les données fMRI. Pour ces raisons, une bonne partie des expériences vise surtout à étudier le comportement des classifieurs. Nous nous intéressons principalement à 3 classifieurs linéaires standards, soient l'algorithme machine à vecteurs de support (linéaire), l'algorithme régression logistique (régularisée) et le modèle bayésien gaussien naïf (variances partagées).

Spectro-imagerie optique à faible flux et comparaison de la cinématique Ha et HI d'un échantillon de galaxies proches

Un nouveau contrôleur de EMCCD (Electron multiplying Charge Coupled Device) est présenté. Il permet de diminuer significativement le bruit qui domine lorsque la puce EMCCD est utilisé pour du comptage de photons: le bruit d'injection de charge. À l'aide de ce contrôleur, une caméra EMCCD scientifique a été construite, caractérisée en laboratoire et testée à l'observatoire du mont Mégantic. Cette nouvelle caméra permet, entre autres, de réaliser des observations de la cinématique des galaxies par spectroscopie de champ intégral par interférométrie de Fabry-Perot en lumière Ha beaucoup plus rapidement, ou de galaxies de plus faible luminosité, que les caméras à comptage de photon basées sur des tubes amplificateurs. Le temps d'intégration nécessaire à l'obtention d'un rapport signal sur bruit donné est environ 4 fois moindre qu'avec les anciennes caméras. Les applications d'un tel appareil d'imagerie sont nombreuses: photométrie rapide et faible flux, spectroscopie à haute résolution spectrale et temporelle, imagerie limitée par la diffraction à partir de télescopes terrestres (lucky imaging), etc. D'un point de vue technique, la caméra est dominée par le bruit de Poisson pour les flux lumineux supérieurs à 0.002 photon/pixel/image. D'un autre côté, la raie d'hydrogène neutre (HI) à 21 cm a souvent été utilisée pour étudier la cinématique des galaxies. L'hydrogène neutre a l'avantage de se retrouver en quantité détectable au-delà du disque optique des galaxies. Cependant, la résolution spatiale de ces observations est moindre que leurs équivalents réalisés en lumière visible. Lors de la comparaison des données HI, avec des données à plus haute résolution, certaines différences étaient simplement attribuées à la faible résolution des observations HI. Le projet THINGS (The HI Nearby Galaxy Survey a observé plusieurs galaxies de l'échantillon SINGS (Spitzer Infrared Nearby Galaxies Survey). Les données cinématiques du projet THIGNS seront comparées aux données cinématiques obtenues en lumière Ha, afin de déterminer si la seule différence de résolution spatiale peut expliquer les différences observées. Les résultats montrent que des différences intrinsèques aux traceurs utilisées (hydrogène neutre ou ionisé), sont responsables de dissemblances importantes. La compréhension de ces particularités est importante: la distribution de la matière sombre, dérivée de la rotation des galaxies, est un test de certains modèles cosmologiques.

Les dérivées de l’hémoglobine dans la structure rétinienne par la technique de réflectométrie multi-spectrale

L’examen de la rétine par des moyens non invasifs et in vivo a été un objectif de recherche pendant plusieurs années. Pour l’œil comme pour tous les organes du corps humain, un apport soutenu en oxygène est nécessaire pour le maintien de l’homéostasie. La concentration en oxygène du sang des vaisseaux rétiniens peut être déterminée principalement à partir des mesures du spectre de réflexion du fond de l’œil. En envoyant une lumière, à différentes longueurs d’onde, sur la rétine et en analysant la nature de la lumière réfléchie par la rétine, il est possible d’obtenir des informations quantitatives sur le niveau d'oxygène dans les vaisseaux sanguins de la rétine ou sur le flux sanguin. Cependant, la modélisation est compliquée due aux différentes interactions et aux chemins que la lumière prend à travers les tissus oculaires avant de quitter l’œil. L’objectif de cette thèse a été de développer et de valider un modèle mathématique afin de calculer les dérivées d’hémoglobine à partir de mesures spectrales de réflectométrie sur les vaisseaux sanguins de la rétine. L’instrument utilisé pour mesurer la fonction spectrale de réflectométrie a été un spectroréflectomètre multi-canal, une technologie capable de mesurer in vivo et en continu 800 spectres simultanément. L'équation mathématique qui décrit la fonction spectrale de réflectométrie dans la zone spectrale de 480 nm à 650 nm a été exprimée comme la combinaison linéaire de plusieurs termes représentant les signatures spectrales de l'hémoglobine SHb, de l'oxyhémoglobine SOHB, l’absorption et la diffusion des milieux oculaires et une famille de fonctions multigaussiennes utilisées pour compenser l’incompatibilité du modèle et les données expérimentales dans la zone rouge du spectre. Les résultats du modèle révèlent que le signal spectral obtenu à partir de mesures de réflectométrie dans l’œil est complexe, contenant la lumière absorbée, réfléchie et diffusée, mais chacun avec une certaine prédominance spécifique en fonction de la zone spectrale. La fonction spectrale d’absorption du sang est dominante dans la zone spectrale 520 à 580 nm, tandis que dans la zone spectrale de longueurs d’ondes plus grandes que 590 nm, la diffusion sur les cellules rouges du sang est dominante. Le modèle a été utilisé afin de mesurer la concentration d’oxygène dans les capillaires de la tête du nerf optique suite à un effort physique dynamique. L’effort physique a entraîné une réduction de la concentration d’oxygène dans les capillaires, ainsi qu’une réduction de la pression intraoculaire, tandis que la saturation sanguine en oxygène, mesurée au niveau du doigt, restait constante. Le modèle mathématique développé dans ce projet a ainsi permis, avec la technique novatrice de spectroréflectométrie multicanal, de déterminer in vivo et d’une manière non invasive l’oxygénation sanguine des vaisseaux rétiniens.

Spectro-electrochemical and DFT studies of a planar Cu(II)–phenolate complex active in the aerobic oxidation of primary alcohols

A square-planar compound [Cu(pyrimol)Cl] (pyrimol = 4-methyl-2-N-(2-pyridylmethylene)aminophenolate) abbreviated as CuL–Cl) is described as a biomimetic model of the enzyme galactose oxidase (GOase). This copper(II) compound is capable of stoichiometric aerobic oxidation of activated primary alcohols in acetonitrile/water to the corresponding aldehydes. It can be obtained either from Hpyrimol (HL) or its reduced/hydrogenated form Hpyramol (4-methyl-2-N-(2-pyridylmethyl)aminophenol; H2L) readily converting to pyrimol (L-) on coordination to the copper(II) ion. Crystalline CuL–Cl and its bromide derivative exhibit a perfect square-planar geometry with Cu–O(phenolate) bond lengths of 1.944(2) and 1.938(2) Å. The cyclic voltammogram of CuL–Cl exhibits an irreversible anodic wave at +0.50 and +0.57 V versus ferrocene/ferrocenium (Fc/Fc+) in dry dichloromethane and acetonitrile, respectively, corresponding to oxidation of the phenolate ligand to the corresponding phenoxyl radical. In the strongly donating acetonitrile the oxidation path involves reversible solvent coordination at the Cu(II) centre. The presence of the dominant CuII–L. chromophore in the electrochemically and chemically oxidised species is evident from a new fairly intense electronic absorption at 400–480 nm ascribed to a several electronic transitions having a mixed pi-pi(L.) intraligand and Cu–Cl -> L. charge transfer character. The EPR signal of CuL–Cl disappears on oxidation due to strong intramolecular antiferromagnetic exchange coupling between the phenoxyl radical ligand (L.) and the copper(II) centre, giving rise to a singlet ground state (S = 0). The key step in the mechanism of the primary alcohol oxidation by CuL–Cl is probably the alpha-hydrogen abstraction from the equatorially bound alcoholate by the phenoxyl moiety in the oxidised pyrimol ligand, Cu–L., through a five-membered cyclic transition state.

Electronic Structure and Spectro-Structural Correlations of Fe(III)Zn(II) Biomimetics for Purple Acid Phosphatases: Relevance to DNA Cleavage and Cytotoxic Activity

Purple acid phosphatases (PAPs) are a group of metallohydrolases that contain a dinuclear Fe(II)M(II) center (M(II) = Fe, Mn, Zn) in the active site and are able to catalyze the hydrolysis of a variety of phosphoric acid esters. The dinuclear complex [(H(2)O)Fe(III)(mu-OH)Zn(II)(L-H)](CIO(4))(2) (2) with the ligand 2-[N-bis(2-pyridylmethyl)aminomethyl]-4-methyl-6-[N-(2-pyridylmethyl)(2-hydroxybenzyl) aminomethyl]phenol (H(2)L-H) has recently been prepared and is found to closely mimic the coordination environment of the Fe(III)Zn(II) active site found in red kidney bean PAP (Neves et al. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 7486). The biomimetic shows significant catalytic activity in hydrolytic reactions. By using a variety of structural, spectroscopic, and computational techniques the electronic structure of the Fe(III) center of this biomimetic complex was determined. In the solid state the electronic ground state reflects the rhombically distorted Fe(III)N(2)O(4) octahedron with a dominant tetragonal compression align ad along the mu-OH-Fe-O(phenolate) direction. To probe the role of the Fe-O(phenolate) bond, the phenolate moiety was modified to contain electron-donating or -withdrawing groups (-CH(3), -H, -Br, -NO(2)) in the 5-position. Tie effects of the substituents on the electronic properties of the biomimetic complexes were studied with a range of experimental and computational techniques. This study establishes benchmarks against accurate crystallographic struck ral information using spectroscopic techniques that are not restricted to single crystals. Kinetic studies on the hydrolysis reaction revealed that the phosphodiesterase activity increases in the order -NO(2)<- Br <- H <- CH(3) when 2,4-bis(dinitrophenyl)phosphate (2,4-bdnpp) was used as substrate, and a linear free energy relationship is found when log(k(cat)/k(0)) is plotted against the Hammett parameter a. However, nuclease activity measurements in the cleavage of double stranded DNA showed that the complexes containing the electron-withdrawing -NO(2) and electron-donating CH3 groups are the most active while the cytotoxic activity of the biomimetics on leukemia and lung tumoral cells is highest for complexes with electron-donating groups.

Measurement of fats, oil and grease by spectro-photometry and its application on different sites at São Paulo State, Brazil

This investigation was carried out within the Parana sedimentary basin, Brazil, involved the sampling of effluents and groundwater from monitoring stations situated at different sites at São Paulo State, and was realized with the purpose of evaluating the presence of fats, oil and grease (FOG) in different matrices. Several tests were realized with very distinct materials (cooking oil, butter, margarine, pig fat, vacuum pump oil) in order to properly calibrate the spectrophotometric system. Each matrix was dissolved with 1,1,1-trichloroethane and from the stock solutions it was prepared working standards from different dilutions. The data obtained were plotted on absorbance vs. concentration graph that yielded a successful calibration curve when a mineral oil for vacuum pump was utilized in the experiments at a wavelength corresponding to 410 mn. The results obtained for the analyzed samples were compared with the limiting value established by the São Paulo State legislation on the prevention and pollution control of the environment that was established in 8(th) September 1976 by Rule No. 8468.

Time-resolved surface enhanced resonance Raman spectro-electrochemistry of heme proteins

The membrane protein Cytochrome c Oxidase (CcO) is one of the most important functional bio-molecules. It appears in almost every eukaryotic cell and many bacteria. Although the different species differ in the number of subunits, the functional differences are merely marginal. CcO is the terminal link in the electron transfer pathway of the mitochondrial respiratory chain. Electrons transferred to the catalytic center of the enzyme conduce to the reduction of molecular oxygen to water. Oxygen reduction is coupled to the pumping of protons into the inter-membrane space and hence generates a difference in electrochemical potential of protons across the inner mitochondrial membrane. This potential difference drives the synthesis of adenosine triphosphate (ATP), which is the universal energy carrier within all biological cells. rnrnThe goal of the present work is to contribute to a better understanding of the functional mechanism of CcO by using time-resolved surface enhanced resonance Raman spectroscopy (TR-SERRS). Despite intensive research effort within the last decades, the functional mechanism of CcO is still subject to controversial discussions. It was the primary goal of this dissertation to initiate electron transfer to the redox centers CuA, heme a, heme a3 and CuB electrochemically and to observe the corresponding redox transitions in-situ with a focus on the two heme structures by using SERRS. A measuring cell was developed, which allowed combination of electrochemical excitation with Raman spectroscopy for the purpose of performing the accordant measurements. Cytochrome c was used as a benchmark system to test the new measuring cell and to prove the feasibility of appropriate Raman measurements. In contrast to CcO the heme protein cc contains only a single heme structure. Nevertheless, characteristic Raman bands of the hemes can be observed for both proteins.rnrnIn order to investigate CcO it was immobilized on top of a silver substrate and embedded into an artificial membrane. The catalytic activity of CcO and therefore the complete functional capability of the enzyme within the biomimetic membrane architecture was verified using cyclic voltammetry. Raman spectroscopy was performed using a special nano-structured silver surface, which was developed within the scope of the present work. This new substrate combined two fundamental properties. It facilitated the formation of a protein tethered bilayer lipid membrane (ptBLM) and it allowed obtaining Raman spectra with sufficient high signal-to-noise ratios.rnSpectro-electrochemical investigations showed that at open circuit potential the enzyme exists in a mixed-valence state, with heme a and and heme a3 in the reduced and oxidized state, respectively. This was considered as an intermediate state between the non-activated and the fully activated state of CcO. Time-resolved SERRS measurements revealed that a hampered electron transfer to the redox center heme a3 characterizes this intermediate state.rn

First middle-atmospheric zonal wind profile measurements with a new ground-based microwave Doppler-spectro-radiometer

We report on the wind radiometer WIRA, a new ground-based microwave Doppler-spectro-radiometer specifically designed for the measurement of middle-atmospheric horizontal wind by observing ozone emission spectra at 142.17504 GHz. Currently, wind speeds in five levels between 30 and 79 km can be retrieved which makes WIRA the first instrument able to continuously measure horizontal wind in this altitude range. For an integration time of one day the measurement error on each level lies at around 25 m s−1. With a planned upgrade this value is expected to be reduced by a factor of 2 in the near future. On the altitude levels where our measurement can be compared to wind data from the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) very good agreement in the long-term statistics as well as in short time structures with a duration of a few days has been found. WIRA uses a passive double sideband heterodyne receiver together with a digital Fourier transform spectrometer for the data acquisition. A big advantage of the radiometric approach is that such instruments can also operate under adverse weather conditions and thus provide a continuous time series for the given location. The optics enables the instrument to scan a wide range of azimuth angles including the directions east, west, north, and south for zonal and meridional wind measurements. The design of the radiometer is fairly compact and its calibration does not rely on liquid nitrogen which makes it transportable and suitable for campaign use. WIRA is conceived in a way that it can be operated remotely and does hardly require any maintenance. In the present paper, a description of the instrument is given, and the techniques used for the wind retrieval based on the determination of the Doppler shift of the measured atmospheric ozone emission spectra are outlined. Their reliability was tested using Monte Carlo simulations. Finally, a time series of 11 months of zonal wind measurements over Bern (46°57′ N, 7°26′ E) is presented and compared to ECMWF wind data.

Sublimation of ice–tholins mixtures: A morphological and spectro-photometric study

Sublimation, the direct transition from solid to gas phase, is a process responsible for shaping and changing the reflectance properties of many Solar System surfaces. In this study, we have characterized the evolution of the structure/texture and of the visible and near-infrared (VIS–NIR) spectral reflectance of surfaces made of water ice mixed with analogues of complex extraterrestrial organic matter, named tholins, under low temperature (<-70° C) and pressure (10-⁵mbar) conditions. The experiments were carried out in the SCITEAS simulation setup recently built as part of the Laboratory for Outflow Studies of Sublimating Materials (LOSSy) at the University of Bern (Pommerol, A. et al. [2015a]. Planet. Space Sci. 109–110, 106–122). As the water ice sublimated, we observed in situ the formation of a sublimation lag deposit made of a water-free porous (>90% porosity) network of organic filaments on top of the ice. The temporal evolution of the tholins and water ice spectral features (reflectance at the absorption bands wavelengths, red slope, from 0.40 to 1.90lm) are analyzed throughout the sublimation of the samples. We studied how different mixtures of tholins with water (0.1 wt.% tholins as coating or inclusions within the water particles), and different ice particle sizes (4.5 ± 2.5 or 67 ± 31lm) influence the morphological and spectral evolutions of the samples. The sublimation of the ice below the mantle produces a gas flow responsible for the ejection of mm to cm-sized fragments of the deposit in outbursts-like events. The results show remarkable differences between these samples in term of mantle structure, speed of mantle building, rates and surface area of mantle ejections. These data provide useful references for interpreting remote-sensing observations of icy Solar System surfaces, in particular the activity of comet nuclei where sublimation of organic-rich ices and deposition of organic-dust particles likely play a major role. Consequently, the data presented here could be of high interest for the interpretation of Rosetta, and also New Horizons, observations.