Integrated application of geochemical and geophysical methods for hydrogeological impact assessment for tunneling in fractured rock

The interaction of tunneling with groundwater is a problem both from an environmental and an engineering point of view. In fact, tunnel drilling may cause a drawdown of piezometric levels and water inflows into tunnels that may cause problems during excavation of the tunnel. While the influence of tunneling on the regional groundwater systems may be adequately predicted in porous media using analytical solutions, such an approach is difficult to apply in fractured rocks. Numerical solutions are preferable and various conceptual approaches have been proposed to describe and model groundwater flow through fractured rock masses, ranging from equivalent continuum models to discrete fracture network simulation models. However, their application needs many preliminary investigations on the behavior of the groundwater system based on hydrochemical and structural data. To study large scale flow systems in fractured rocks of mountainous terrains, a comprehensive study was conducted in southern Switzerland, using as case studies two infrastructures actually under construction: (i) the Monte Ceneri base railway tunnel (Ticino), and the (ii) San Fedele highway tunnel (Roveredo, Graubiinden). The chosen approach in this study combines the temporal and spatial variation of geochemical and geophysical measurements. About 60 localities from both surface and underlying tunnels were temporarily and spatially monitored during more than one year. At first, the project was focused on the collection of hydrochemical and structural data. A number of springs, selected in the area surrounding the infrastructures, were monitored for discharge, electric conductivity, pH, and temperature. Water samples (springs, tunnel inflows and rains) were taken for isotopic analysis; in particular the stable isotope composition (δ2Η, δ180 values) can reflect the origin of the water, because of spatial (recharge altitude, topography, etc.) and temporal (seasonal) effects on precipitation which in turn strongly influence the isotopic composition of groundwater. Tunnel inflows in the accessible parts of the tunnels were also sampled and, if possible, monitored with time. Noble-gas concentrations and their isotope ratios were used in selected locations to better understand the origin and the circulation of the groundwater. In addition, electrical resistivity and VLF-type electromagnetic surveys were performed to identify water bearing fractures and/or weathered areas that could be intersected at depth during tunnel construction. The main goal of this work was to demonstrate that these hydrogeological data and geophysical methods, combined with structural and hydrogeological information, can be successfully used in order to develop hydrogeological conceptual models of the groundwater flow in regions to be exploited for tunnels. The main results of the project are: (i) to have successfully tested the application of electrical resistivity and VLF-electromagnetic surveys to asses water-bearing zones during tunnel drilling; (ii) to have verified the usefulness of noble gas, major ion and stable isotope compositions as proxies for the detection of faults and to understand the origin of the groundwater and its flow regimes (direct rain water infiltration or groundwater of long residence time); and (iii) to have convincingly tested the combined application of a geochemical and geophysical approach to assess and predict the vulnerability of springs to tunnel drilling. - L'interférence entre eaux souterraines et des tunnels pose des problèmes environnementaux et de génie civile. En fait, la construction d'un tunnel peut faire abaisser le niveau des nappes piézométriques et faire infiltrer de l'eau dans le tunnel et ainsi créer des problème pendant l'excavation. Alors que l'influence de la construction d'un tunnel sur la circulation régionale de l'eau souterraine dans des milieux poreux peut être prédite relativement facilement par des solution analytiques de modèles, ceci devient difficile dans des milieux fissurés. Dans ce cas-là, des solutions numériques sont préférables et plusieurs approches conceptuelles ont été proposées pour décrire et modéliser la circulation d'eau souterraine à travers les roches fissurées, en allant de modèles d'équivalence continue à des modèles de simulation de réseaux de fissures discrètes. Par contre, leur application demande des investigations importantes concernant le comportement du système d'eau souterraine basées sur des données hydrochimiques et structurales. Dans le but d'étudier des grands systèmes de circulation d'eau souterraine dans une région de montagnes, une étude complète a été fait en Suisse italienne, basée sur deux grandes infrastructures actuellement en construction: (i) Le tunnel ferroviaire de base du Monte Ceneri (Tessin) et (ii) le tunnel routière de San Fedele (Roveredo, Grisons). L'approche choisie dans cette étude est la combinaison de variations temporelles et spatiales des mesures géochimiques et géophysiques. Environs 60 localités situées à la surface ainsi que dans les tunnels soujacents ont été suiviès du point de vue temporel et spatial pendant plus de un an. Dans un premier temps le projet se focalisait sur la collecte de données hydrochimiques et structurales. Un certain nombre de sources, sélectionnées dans les environs des infrastructures étudiées ont été suivies pour le débit, la conductivité électrique, le pH et la température. De l'eau (sources, infiltration d'eau de tunnel et pluie) a été échantillonnés pour des analyses isotopiques; ce sont surtout les isotopes stables (δ2Η, δ180) qui peuvent indiquer l'origine d'une eaux, à cause de la dépendance d'effets spatiaux (altitude de recharge, topographie etc.) ainsi que temporels (saisonaux) sur les précipitations météoriques , qui de suite influencent ainsi la composition isotopique de l'eau souterraine. Les infiltrations d'eau dans les tunnels dans les parties accessibles ont également été échantillonnées et si possible suivies au cours du temps. La concentration de gaz nobles et leurs rapports isotopiques ont également été utilisées pour quelques localités pour mieux comprendre l'origine et la circulation de l'eau souterraine. En plus, des campagnes de mesures de la résistivité électrique et électromagnétique de type VLF ont été menées afin d'identifier des zone de fractures ou d'altération qui pourraient interférer avec les tunnels en profondeur pendant la construction. Le but principal de cette étude était de démontrer que ces données hydrogéologiques et géophysiques peuvent être utilisées avec succès pour développer des modèles hydrogéologiques conceptionels de tunnels. Les résultats principaux de ce travail sont : i) d'avoir testé avec succès l'application de méthodes de la tomographie électrique et des campagnes de mesures électromagnétiques de type VLF afin de trouver des zones riches en eau pendant l'excavation d'un tunnel ; ii) d'avoir prouvé l'utilité des gaz nobles, des analyses ioniques et d'isotopes stables pour déterminer l'origine de l'eau infiltrée (de la pluie par le haut ou ascendant de l'eau remontant des profondeurs) et leur flux et pour déterminer la position de failles ; et iii) d'avoir testé d'une manière convainquant l'application combinée de méthodes géochimiques et géophysiques pour juger et prédire la vulnérabilité de sources lors de la construction de tunnels. - L'interazione dei tunnel con il circuito idrico sotterraneo costituisce un problema sia dal punto di vista ambientale che ingegneristico. Lo scavo di un tunnel puô infatti causare abbassamenti dei livelli piezometrici, inoltre le venute d'acqua in galleria sono un notevole problema sia in fase costruttiva che di esercizio. Nel caso di acquiferi in materiale sciolto, l'influenza dello scavo di un tunnel sul circuito idrico sotterraneo, in genere, puô essere adeguatamente predetta attraverso l'applicazione di soluzioni analitiche; al contrario un approccio di questo tipo appare inadeguato nel caso di scavo in roccia. Per gli ammassi rocciosi fratturati sono piuttosto preferibili soluzioni numeriche e, a tal proposito, sono stati proposti diversi approcci concettuali; nella fattispecie l'ammasso roccioso puô essere modellato come un mezzo discreto ο continuo équivalente. Tuttavia, una corretta applicazione di qualsiasi modello numerico richiede necessariamente indagini preliminari sul comportamento del sistema idrico sotterraneo basate su dati idrogeochimici e geologico strutturali. Per approfondire il tema dell'idrogeologia in ammassi rocciosi fratturati tipici di ambienti montani, è stato condotto uno studio multidisciplinare nel sud della Svizzera sfruttando come casi studio due infrastrutture attualmente in costruzione: (i) il tunnel di base del Monte Ceneri (canton Ticino) e (ii) il tunnel autostradale di San Fedele (Roveredo, canton Grigioni). L'approccio di studio scelto ha cercato di integrare misure idrogeochimiche sulla qualité e quantité delle acque e indagini geofisiche. Nella fattispecie sono state campionate le acque in circa 60 punti spazialmente distribuiti sia in superficie che in sotterraneo; laddove possibile il monitoraggio si è temporalmente prolungato per più di un anno. In una prima fase, il progetto di ricerca si è concentrato sull'acquisizione dati. Diverse sorgenti, selezionate nelle aree di possibile influenza attorno allé infrastrutture esaminate, sono state monitorate per quel che concerne i parametri fisico-chimici: portata, conduttività elettrica, pH e temperatura. Campioni d'acqua sono stati prelevati mensilmente su sorgenti, venute d'acqua e precipitazioni, per analisi isotopiche; nella fattispecie, la composizione in isotopi stabili (δ2Η, δ180) tende a riflettere l'origine delle acque, in quanto, variazioni sia spaziali (altitudine di ricarica, topografia, etc.) che temporali (variazioni stagionali) della composizione isotopica delle precipitazioni influenzano anche le acque sotterranee. Laddove possibile, sono state campionate le venute d'acqua in galleria sia puntualmente che al variare del tempo. Le concentrazioni dei gas nobili disciolti nell'acqua e i loro rapporti isotopici sono stati altresi utilizzati in alcuni casi specifici per meglio spiegare l'origine delle acque e le tipologie di circuiti idrici sotterranei. Inoltre, diverse indagini geofisiche di resistività elettrica ed elettromagnetiche a bassissima frequenza (VLF) sono state condotte al fine di individuare le acque sotterranee circolanti attraverso fratture dell'ammasso roccioso. Principale obiettivo di questo lavoro è stato dimostrare come misure idrogeochimiche ed indagini geofisiche possano essere integrate alio scopo di sviluppare opportuni modelli idrogeologici concettuali utili per lo scavo di opere sotterranee. I principali risultati ottenuti al termine di questa ricerca sono stati: (i) aver testato con successo indagini geofisiche (ERT e VLF-EM) per l'individuazione di acque sotterranee circolanti attraverso fratture dell'ammasso roccioso e che possano essere causa di venute d'acqua in galleria durante lo scavo di tunnel; (ii) aver provato l'utilità di analisi su gas nobili, ioni maggiori e isotopi stabili per l'individuazione di faglie e per comprendere l'origine delle acque sotterranee (acque di recente infiltrazione ο provenienti da circolazioni profonde); (iii) aver testato in maniera convincente l'integrazione delle indagini geofisiche e di misure geochimiche per la valutazione della vulnérabilité delle sorgenti durante lo scavo di nuovi tunnel. - "La NLFA (Nouvelle Ligne Ferroviaire à travers les Alpes) axe du Saint-Gothard est le plus important projet de construction de Suisse. En bâtissant la nouvelle ligne du Saint-Gothard, la Suisse réalise un des plus grands projets de protection de l'environnement d'Europe". Cette phrase, qu'on lit comme présentation du projet Alptransit est particulièrement éloquente pour expliquer l'utilité des nouvelles lignes ferroviaires transeuropéens pour le développement durable. Toutefois, comme toutes grandes infrastructures, la construction de nouveaux tunnels ont des impacts inévitables sur l'environnement. En particulier, le possible drainage des eaux souterraines réalisées par le tunnel peut provoquer un abaissement du niveau des nappes piézométriques. De plus, l'écoulement de l'eau à l'intérieur du tunnel, conduit souvent à des problèmes d'ingénierie. Par exemple, d'importantes infiltrations d'eau dans le tunnel peuvent compliquer les phases d'excavation, provoquant un retard dans l'avancement et dans le pire des cas, peuvent mettre en danger la sécurité des travailleurs. Enfin, l'infiltration d'eau peut être un gros problème pendant le fonctionnement du tunnel. Du point de vue de la science, avoir accès à des infrastructures souterraines représente une occasion unique d'obtenir des informations géologiques en profondeur et pour échantillonner des eaux autrement inaccessibles. Dans ce travail, nous avons utilisé une approche pluridisciplinaire qui intègre des mesures d'étude hydrogéochimiques effectués sur les eaux de surface et des investigations géophysiques indirects, tels que la tomographic de résistivité électrique (TRE) et les mesures électromagnétiques de type VLF. L'étude complète a été fait en Suisse italienne, basée sur deux grandes infrastructures actuellement en construction, qui sont le tunnel ferroviaire de base du Monte Ceneri, une partie du susmentionné projet Alptransit, situé entièrement dans le canton Tessin, et le tunnel routière de San Fedele, situé a Roveredo dans le canton des Grisons. Le principal objectif était de montrer comment il était possible d'intégrer les deux approches, géophysiques et géochimiques, afin de répondre à la question de ce que pourraient être les effets possibles dû au drainage causés par les travaux souterrains. L'accès aux galeries ci-dessus a permis une validation adéquate des enquêtes menées confirmant, dans chaque cas, les hypothèses proposées. A cette fin, nous avons fait environ 50 profils géophysiques (28 imageries électrique bidimensionnels et 23 électromagnétiques) dans les zones de possible influence par le tunnel, dans le but d'identifier les fractures et les discontinuités dans lesquelles l'eau souterraine peut circuler. De plus, des eaux ont été échantillonnés dans 60 localités situées la surface ainsi que dans les tunnels subjacents, le suivi mensuelle a duré plus d'un an. Nous avons mesurés tous les principaux paramètres physiques et chimiques: débit, conductivité électrique, pH et température. De plus, des échantillons d'eaux ont été prélevés pour l'analyse mensuelle des isotopes stables de l'hydrogène et de l'oxygène (δ2Η, δ180). Avec ces analyses, ainsi que par la mesure des concentrations des gaz rares dissous dans les eaux et de leurs rapports isotopiques que nous avons effectués dans certains cas spécifiques, il était possible d'expliquer l'origine des différents eaux souterraines, les divers modes de recharge des nappes souterraines, la présence de possible phénomènes de mélange et, en général, de mieux expliquer les circulations d'eaux dans le sous-sol. Le travail, même en constituant qu'une réponse partielle à une question très complexe, a permis d'atteindre certains importants objectifs. D'abord, nous avons testé avec succès l'applicabilité des méthodes géophysiques indirectes (TRE et électromagnétiques de type VLF) pour prédire la présence d'eaux souterraines dans le sous-sol des massifs rocheux. De plus, nous avons démontré l'utilité de l'analyse des gaz rares, des isotopes stables et de l'analyses des ions majeurs pour la détection de failles et pour comprendre l'origine des eaux souterraines (eau de pluie par le haut ou eau remontant des profondeurs). En conclusion, avec cette recherche, on a montré que l'intégration des ces informations (géophysiques et géochimiques) permet le développement de modèles conceptuels appropriés, qui permettant d'expliquer comment l'eau souterraine circule. Ces modèles permettent de prévoir les infiltrations d'eau dans les tunnels et de prédire la vulnérabilité de sources et des autres ressources en eau lors de construction de tunnels.

Reliability of stable carbon and oxygen isotope compositions of pedogenic needle fibre calcite as environmental indicators: examples from Western Europe.

Stable carbon and oxygen isotope analyses were conducted on pedogenic needle fibre calcite (NFC) from seven sites in areas with roughly similar temperate climates in Western Europe, including the Swiss Jura Mountains, eastern and southern France, northern Wales, and north-eastern Spain. The δ(13)C values (-12.5 to-6.8 0/00 Vienna Pee Dee Belemnite (VPDB)) record the predominant C(3) vegetation cover at the sites. A good correlation was found between mean monthly climatic parameters (air temperature, number of frost days, humidity, and precipitation) and δ(18)O values (-7.8 to-3.40/00 VPDB) of all the NFC. Similar seasonal variations of δ(18)O values for monthly NFC samples from the Swiss sites and those of mean monthly δ(18)O values of local precipitation and meteorological data point out precipitation and preferential growth/or recrystallisation of the pedogenic needle calcite during dry seasons. These covariations indicate the potential of stable isotope compositions of preserved NFC in fossil soil horizons as a promising tool for palaeoenvironmental reconstructions.

Integrating human indoor air pollutant exposure within Life Cycle Impact Assessment.

Neglecting health effects from indoor pollutant emissions and exposure, as currently done in Life Cycle Assessment (LCA), may result in product or process optimizations at the expense of workers' or consumers' health. To close this gap, methods for considering indoor exposure to chemicals are needed to complement the methods for outdoor human exposure assessment already in use. This paper summarizes the work of an international expert group on the integration of human indoor and outdoor exposure in LCA, within the UNEP/ SETAC Life Cycle Initiative. A new methodological framework is proposed for a general procedure to include human-health effects from indoor exposure in LCA. Exposure models from occupational hygiene and household indoor air quality studies and practices are critically reviewed and recommendations are provided on the appropriateness of various model alternatives in the context of LCA. A single-compartment box model is recommended for use as a default in LCA, enabling one to screen occupational and household exposures consistent with the existing models to assess outdoor emission in a multimedia environment. An initial set of model parameter values was collected. The comparison between indoor and outdoor human exposure per unit of emission shows that for many pollutants, intake per unit of indoor emission may be several orders of magnitude higher than for outdoor emissions. It is concluded that indoor exposure should be routinely addressed within LCA.

Capitalism in the classroom : the impact of self-enhancement values and normative assessment on student motivation, goals and attitudes towards cheating

Abstract The neo-liberal capitalist ideology has come under heavy fire with anecdotal evidence indicating a link between these same values and unethical behavior. Academic institutions reflect social values and act as socializing agents for the young. Can this explain the high and increasing rates of cheating that currently prevail in education? Our first chapter examines the question of whether self-enhancement values of power and açhievement, the individual level equivalent of neo-liberal capitalist values, predict positive attitudes towards cheating. Furthermore, we explore the mediating role of motivational factors. Results of four studies reveal that self-enhancement value endorsement predicts the adoption of performance-approach goals, a relationship mediated by introjected regulation, namely desire for social approval and that self-enhancement value endorsement also predicts the condoning of cheating, a relationship mediated by performance-approach goal adoption. However, self-transcendence values prescribed by a normatively salient source have the potential to reduce the link between self-enhancement value endorsément and attitudes towards cheating. Normative assessment constitutes a key tool used by academic institutions to socialize young people to accept the competitive, meritocratic nature of a sociéty driven by a neo-liberal capitalist ideology. As such, the manifest function of grades is to motivate students to work hard and to buy into the competing ethos. Does normative assessment fulfill these functions? Our second chapter explores the reward-intrinsic motivation question in the context of grading, arguably a high-stakes reward. In two experiments, the relative capacity of graded high performance as compared to the task autonomy experienced in an ungraded task to predict post-task intrinsic motivation is assessed. Results show that whilst the graded task performance predicts post-task appreciation, it fails to predict ongoing motivation. However, perceived autonomy experienced in non-graded condition, predicts both post-task appreciation and ongoing motivation. Our third chapter asks whether normative assessment inspires the spirit of competition in students. Results of three experimental studies reveal that expectation of a grade for a task, compared to no grade, induces greater adoption of performance-avoidance, but not performance-approach, goals. Experiment 3 provides an explanatory mechanism for this, showing that reduced autonomous motivation experienced in previous graded tasks mediates the relationship between grading and adoption of performance avoidance goals in a subsequent task. The above results, when combined, provide evidence as to the deleterious effects of self enhancement values and the associated practice of normative assessment in school on student motivation, goals and ethics. We conclude by using value and motivation theory to explore solutions to this problem.

The many uses of regulatory impact assessment: A meta-analysis of EU and UK cases

Research on regulation has crossed paths with the literature on policy instruments, showing that regulatory policy instruments contain cognitive and normative beliefs about policy. Thus, their usage stacks the deck in favor of one type of actor or one type of regulatory solution. In this article, we challenge the assumption that there is a predetermined relationship between ideas, regulatory policy instruments, and outcomes. We argue that different combinations of conditions lead to different outcomes, depending on how actors use the instrument. Empirically, we analyze 31 EU and UK case studies of regulatory impact assessment (RIA) - a regulatory policy instrument that has been pivotal in the so-called better regulation movement. We distinguish four main usages of RIA, that is, political, instrumental, communicative, and perfunctory. We find that in our sample instrumental usage is not so rare and that the contrast between communicative and political usages is less stark than is commonly thought. In terms of policy recommendations, our analysis suggests that there may be different paths to desirable outcomes. Policymakers should therefore explore different combinations of conditions leading to the usages they deem desirable rather than arguing for a fixed menu of variables.

Development of CBCT-based prostate setup correction strategies and impact of rectal distension.

BACKGROUND: Cone-beam computed tomography (CBCT) image-guided radiotherapy (IGRT) systems are widely used tools to verify and correct the target position before each fraction, allowing to maximize treatment accuracy and precision. In this study, we evaluate automatic three-dimensional intensity-based rigid registration (RR) methods for prostate setup correction using CBCT scans and study the impact of rectal distension on registration quality. METHODS: We retrospectively analyzed 115 CBCT scans of 10 prostate patients. CT-to-CBCT registration was performed using (a) global RR, (b) bony RR, or (c) bony RR refined by a local prostate RR using the CT clinical target volume (CTV) expanded with 1-to-20-mm varying margins. After propagation of the manual CT contours, automatic CBCT contours were generated. For evaluation, a radiation oncologist manually delineated the CTV on the CBCT scans. The propagated and manual CBCT contours were compared using the Dice similarity and a measure based on the bidirectional local distance (BLD). We also conducted a blind visual assessment of the quality of the propagated segmentations. Moreover, we automatically quantified rectal distension between the CT and CBCT scans without using the manual CBCT contours and we investigated its correlation with the registration failures. To improve the registration quality, the air in the rectum was replaced with soft tissue using a filter. The results with and without filtering were compared. RESULTS: The statistical analysis of the Dice coefficients and the BLD values resulted in highly significant differences (p<10(-6)) for the 5-mm and 8-mm local RRs vs the global, bony and 1-mm local RRs. The 8-mm local RR provided the best compromise between accuracy and robustness (Dice median of 0.814 and 97% of success with filtering the air in the rectum). We observed that all failures were due to high rectal distension. Moreover, the visual assessment confirmed the superiority of the 8-mm local RR over the bony RR. CONCLUSION: The most successful CT-to-CBCT RR method proved to be the 8-mm local RR. We have shown the correlation between its registration failures and rectal distension. Furthermore, we have provided a simple (easily applicable in routine) and automatic method to quantify rectal distension and to predict registration failure using only the manual CT contours.

Evolutionary impact assessment: accounting for evolutionary consequences of fishing in an ecosystem approach to fisheries management

Managing fisheries resources to maintain healthy ecosystems is one of the main goals of the ecosystem approach to fisheries (EAF). While a number of international treaties call for the implementation of EAF, there are still gaps in the underlying methodology. One aspect that has received substantial scientific attention recently is fisheries-induced evolution (FIE). Increasing evidence indicates that intensive fishing has the potential to exert strong directional selection on life-history traits, behaviour, physiology, and morphology of exploited fish. Of particular concern is that reversing evolutionary responses to fishing can be much more difficult than reversing demographic or phenotypically plastic responses. Furthermore, like climate change, multiple agents cause FIE, with effects accumulating over time. Consequently, FIE may alter the utility derived from fish stocks, which in turn can modify the monetary value living aquatic resources provide to society. Quantifying and predicting the evolutionary effects of fishing is therefore important for both ecological and economic reasons. An important reason this is not happening is the lack of an appropriate assessment framework. We therefore describe the evolutionary impact assessment (EvoIA) as a structured approach for assessing the evolutionary consequences of fishing and evaluating the predicted evolutionary outcomes of alternative management options. EvoIA can contribute to EAF by clarifying how evolution may alter stock properties and ecological relations, support the precautionary approach to fisheries management by addressing a previously overlooked source of uncertainty and risk, and thus contribute to sustainable fisheries.

Informing the judgments of fingerprint analysts using quality metric and statistical assessment tools

The aim of this research was to evaluate how fingerprint analysts would incorporate information from newly developed tools into their decision making processes. Specifically, we assessed effects using the following: (1) a quality tool to aid in the assessment of the clarity of the friction ridge details, (2) a statistical tool to provide likelihood ratios representing the strength of the corresponding features between compared fingerprints, and (3) consensus information from a group of trained fingerprint experts. The measured variables for the effect on examiner performance were the accuracy and reproducibility of the conclusions against the ground truth (including the impact on error rates) and the analyst accuracy and variation for feature selection and comparison.¦The results showed that participants using the consensus information from other fingerprint experts demonstrated more consistency and accuracy in minutiae selection. They also demonstrated higher accuracy, sensitivity, and specificity in the decisions reported. The quality tool also affected minutiae selection (which, in turn, had limited influence on the reported decisions); the statistical tool did not appear to influence the reported decisions.

Workgroup report: incorporating in vitro alternative methods for developmental neurotoxicity into international hazard and risk assessment strategies.

This is the report of the first workshop on Incorporating In Vitro Alternative Methods for Developmental Neurotoxicity (DNT) Testing into International Hazard and Risk Assessment Strategies, held in Ispra, Italy, on 19-21 April 2005. The workshop was hosted by the European Centre for the Validation of Alternative Methods (ECVAM) and jointly organized by ECVAM, the European Chemical Industry Council, and the Johns Hopkins University Center for Alternatives to Animal Testing. The primary aim of the workshop was to identify and catalog potential methods that could be used to assess how data from in vitro alternative methods could help to predict and identify DNT hazards. Working groups focused on two different aspects: a) details on the science available in the field of DNT, including discussions on the models available to capture the critical DNT mechanisms and processes, and b) policy and strategy aspects to assess the integration of alternative methods in a regulatory framework. This report summarizes these discussions and details the recommendations and priorities for future work.

Growth decrease in Alpine whitefish: investigating the relative contribution of fishing induced selection and environmental change and its implication for conservation measures

La pression exercée par les activités humaines menace pratiquement tous les écosystèmes aquatiques du globe. Ainsi, sous l'effet de divers facteurs tels que la pollution, le réchauffement climatique ou encore la pêche industrielle, de nombreuses populations de poissons ont vu leurs effectifs chuter et divers changements morphologiques ont été observés. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à une menace particulière: la sélection induite par la pêche sur la croissance des poissons. En effet, la génétique des populations prédit que la soustraction régulière des individus les plus gros peut entraîner des modifications rapides de certains traits physiques comme la croissance individuelle. Cela a par ailleurs été observé dans de nombreuses populations marines ou lacustres, dont les populations de féras, bondelles et autres corégones des lacs suisses. Toutefois, malgré un nombre croissant d'études décrivant ce phénomène, peu de plans de gestion en tiennent compte, car l'importance des effets génétiques liés à la pêche est le plus souvent négligée par rapport à l'impact des changements environnementaux. Le but premier de cette étude a donc été de quantifier l'importance des facteurs génétiques et environnementaux. Dans le premier chapitre, nous avons étudié la population de palée du lac de Joux (Coregonus palaea). Nous avons déterminé les différentiels de sélection dus à la pêche, c'est-à-dire l'intensité de la sélection sur le taux de croissance, ainsi que les changements nets de croissance au cours du temps. Nous avons observé une baisse marquée de croissance et un différentiel de sélection important indiquant qu'au moins 30% de la diminution de croissance observée était due à la pression de sélection induite par la pêche. Dans le deuxième chapitre, nous avons effectué les mêmes analyses sur deux espèces proches du lac de Brienz (C. albellus et C. fatioi) et avons observé des effets similaires dont l'intensité était spécifique à chaque espèce. Dans le troisième chapitre, nous avons analysé deux autres espèces : C. palaea et C. confusus du lac de Bienne, et avons constaté que le lien entre la pression de sélection et la diminution de croissance était influencé par des facteurs environnementaux. Finalement, dans le dernier chapitre, nous avons étudié les effets potentiels de différentes modifications de la taille des mailles des filets utilisés pour la pêche à l'aide de modèles mathématiques. Nous concluons que la pêche a un effet génétique non négligeable (et donc peu réversible) sur la croissance individuelle dans les populations observée, que cet effet est lié à la compétition pour la nourriture et à la qualité de l'environnement, et que certaines modifications simples de la taille des mailles des filets de pêche pourraient nettement diminuer l'effet de sélection et ainsi ralentir, voir même renverser la diminution de croissance observée.

Alcohol-attributable mortality in Switzerland in 2011--age-specific causes of death and impact of heavy versus non-heavy drinking.

BACKGROUND: Alcohol use causes high burden of disease and injury globally. Switzerland has a high consumption of alcohol, almost twice the global average. Alcohol-attributable deaths and years of life lost in Switzerland were estimated by age and sex for the year 2011. Additionally, the impact of heavy drinking (40+grams/day for women and 60+g/day for men) was estimated. METHODS: Alcohol consumption estimates were based on the Addiction Monitoring in Switzerland study and were adjusted to per capita consumption based on sales data. Mortality data were taken from the Swiss mortality register. Methodology of the Comparative Risk Assessment for alcohol was used to estimate alcohol-attributable fractions. RESULTS: Alcohol use caused 1,600 (95% CI: 1,472 - 1,728) net deaths (1,768 deaths caused, 168 deaths prevented) among 15 to 74 year olds, corresponding to 8.7% of all deaths (men: 1,181 deaths; women: 419 deaths). Overall, 42,627 years of life (9.7%, 95% CI: 40,245 - 45,008) were lost due to alcohol. Main causes of alcohol-attributable mortality were injuries at younger ages (15-34 years), with increasing age digestive diseases (mainly liver cirrhosis) and cancers (particularly breast cancers among women). The majority (62%) of all alcohol-attributable deaths was caused by chronic heavy drinking (men: 67%; women: 48 %). CONCLUSION: Alcohol is a major cause of premature mortality in Switzerland. Its impact, among young people mainly via injuries, among men mainly through heavy drinking, calls for a mix of preventive actions targeting chronic heavy drinking, binge drinking and mean consumption.

Affective and physiological responses to environmental noises and music

Research suggests that respiratory patterns may reflect general dimensions of emotional response. In this study, we investigated the relationships between judgments of affective valence (pleasantness) and arousal and respiratory responses to acoustic stimuli. Sixteen environmental noises and 16 musical fragments of 30 s duration were presented to 31 participants, while respiration, skin conductance level and heart rate were recorded. Judgments of valence and arousal were registered using the 9-point Self-Assessment Manikin. For noises, breathing accelerated and minute ventilation augmented with decreases in pleasantness for low-arousal stimuli and with increases in arousal for positive stimuli. For music, breathing accelerated and minute ventilation augmented with increases both in rated valence and arousal. Skin conductance level increased with arousal ratings for music but not for noises, whereas mean heart rate increased with rated arousal for noises but not for music. Although both noises and music are sound-vibrations, differences in the relationships between affective judgments and physiological responses were found suggesting differences in the processing of the two types of acoustic stimuli. [Authors]

Pharmacokinetic and pharmacodynamic assessment of valganciclovir in solid organ transplant recipients

RESUME : Valganciclovir (Valcyte®) is an orally administered ester prodrug of the standard anticytomegalovirus (CMV) drug ganciclovir. This drug enabled an important reduction of the burden of CMV morbidity and mortality in solid organ transplant recipients. Prevention of CMV infection and treatment of CMV disease requires drug administration during many weeks. Oral drug administration is therefore convenient. Valganciclovir has been developed to overcome the poor oral availability of ganciclovir, which limits its concentration exposure after oral administration and thus its efficacy. This prodrug crosses efficiently the intestinal barrier, is then hydrolyzed into ganciclovir, providing exposure similar to intravenous ganciclovir. Valganciclovir is now preferred for the prophylaxis and treatment of CMV infection in solid organ transplant recipients. Nevertheless, adequate dosage adjustment is necessary to optimize its use, avoiding either insufficient or exaggerate exposure related to differences in its pharmacokinetic profile between patients. The main goal of this thesis was to better describe the pharmacokinetic and pharmacodynamic profile of valganciclovir in solid organ transplant recipients, to assess their reproducibility and their predictability, and thus to evaluate the current recommendations for valganciclovir dosage adjustment and the potential contribution of routine therapeutic drug monitoring (TDM) to patients' management. A total of 437 ganciclovir plasma concentration data from 65 transplant patients (41 kidney, 12 lung, 10 heart and 2 liver recipients, 58 under oral valganciclovir prophylaxis, 8 under oral valganciclovir treatment and 2 under intravenous ganciclovir) were measured using a validated chromatographic method (HPLC) developed for this study. The results were analyzed by non-linear mixed effect modeling (NONMEM). A two-compartment model with first-order absorption appropriately described the data. Systemic clearance was markedly influenced by GFR, with further differences between graft types and sex (CL/GFR = 1.7 in kidney, 0.9 in heart and 1.2 in lung and liver recipients) with interpatient variability (CV%) of 26% and interoccasion variability of 12%. Body weight and sex influenced central volume of distribution (V1 = 0.34 l/kg in males and 0.27 l/kg in females) with an interpatient variability of 20%. Residual intrapatient variability was 21 %. No significant drug interaction influenced GCV disposition. VGC prophylactic efficacy and tolerability were good, without detectable dependence on GCV profile. In conclusion, this analysis highlights the importance of thorough adjustment of VGC dosage to renal function and body weight. Considering the good predictability and reproducibility of GCV profile after oral VGC in solid organ transplant recipients, routine TDM does not appear to be clinically indicated. However, GCV plasma measurement may still be helpful in specific clinical situations such as documentation of appropriate exposure in patients with potentially compromised absorption, or lack of response to CMV disease treatment, or under renal replacement therapy. RESUME : Le valganciclovir (Valcyte®) est un promédicament oral du ganciclovir qui est un anti-infectieux de référence contre les infections à cytomegalovirus (CMV). Cet antiviral a permis de réduire les effets délétères de cette infection jusqu'ici responsable d'une importante morbidité et mortalité chez les transplantés d'organe. La prévention et le traitement de l'infection à CMV sont donc nécessaires mais requièrent l'administration d'un agent antiviral sur une longue période. Un médicament administré par voie orale représente donc un avantage évident. Le valganciclovir a été développé dans le but d'améliorer la faible absorption orale du ganciclovir, et donc son efficacité. Cet ester valylique du ganciclovir traverse plus facilement la barrière gastro-intestinale, puis est hydrolysé en ganciclovir dans la circulation sanguine, produisant une exposition comparable à celle d'une perfusion intraveineuse de ganciclovir. De ce fait, le valganciclovir est devenu largement utilisé pour la prophylaxie mais aussi le traitement de l'infection à CMV. Néanmoins une utilisation optimale de ce nouveau médicament nécessite de bonnes connaissances sur son profil pharmacocinétique afin d'établir un schéma de dose adapté pour éviter tant une surexposition qu'une sous-exposition résultant des différences d'élimination entre les patients. Le but de cette thèse a été d'étudier le profil pharmacocinétique et pharmacodynamique du valganciclovir chez les transplantés d'organe ainsi que sa reproductibilité et sa prédictibilité. Il s'agissait d'apprécier de manière critique le schéma actuellement recommandé pour l'adaptation des doses de valganciclovir, mais aussi la contribution éventuelle d'un suivi des concentrations sanguines en routine. Un total de 437 taux sanguins de ganciclovir ont été mesurés, provenant de 65 patients transplantés d'organe (41 rénaux, 12 pulmonaires, 10 cardiaques et 2 hépatiques, 58 sous une prophylaxie orale de valganciclovir, 8 sous un traitement de valganciclovir et 2 sous un traitement intraveineux). Une méthode de chromatographie liquide à haute performance a été développée et validée pour cette étude. Les résultats ont été ensuite analysés par modélisation non linéaire à effets mixtes (NONMEM). Un modèle à deux compartiments avec absorption de premier ordre a permis de décrire les données. La clairance systémique était principalement influencée par le débit de filtration glomérulaire (GFR), avec une différence entre les types de greffe et les sexes (CL/GFR = 1.7 chez les greffés rénaux, 0.9 pour les greffés cardiaques et 1.2 pour le groupe des greffés pulmonaires et hépatiques) avec un variabilité inter-individuelle de 26% (CV%) et une variabilité inter-occasion de 12%. Le poids corporel ainsi que le sexe avaient une influence sur le volume central de distribution (V1 = 0.34 l/kg chez les hommes et 0.27 l/kg chez les femmes) avec une variabilité inter-individuelle de 20%. La variabilité intra-individuelle résiduelle était de 21 %. Aucune interaction médicamenteuse n'a montré d'influence sur le profil du ganciclovir. La prophylaxie avec le valganciclovir s'est révélée efficace et bien tolérée. En conclusion, cette analyse souligne l'importance d'une adaptation de la dose du valganciclovir à la fonction rénale et au poids du patient. Au vu de la bonne reproductibilité et prédictibilité du profil pharmacocinétique du ganciclovir chez les patients transplantés recevant du valganciclovir, un suivi des concentrations sanguines en routine ne semble pas cliniquement indiqué. Néanmoins, la mesure des taux plasmatiques de ganciclovir peut être utile dans certaines situations particulières, comme la vérification d'une exposition appropriée chez des patients susceptibles d'absorption insuffisante, ou ne répondant pas au traitement d'une infection à CMV ou encore sous épuration extra-rénale. RESUME LARGE PUBLIC : Le valganciclovir est un précurseur capable de libérer du ganciclovir, récemment développé pour améliorer la faible absorption orale de ce dernier. Une fois le valganciclovir absorbé, le ganciclovir libéré dans la circulation sanguine devient efficace contre les infections à cytomégalovirus. Ce virus largement répandu est responsable de maladies insidieuses et parfois graves chez les personnes présentant une baisse des défenses immunitaires, comme les greffés d'organe recevant un traitement anti-rejet. Le ganciclovir est administré pendant plusieurs mois consécutifs soit pour prévenir une infection après la transplantation, soit pour traiter une infection déclarée. La facilité d'administration du valganciclovir par voie orale représente un avantage sur une administration du ganciclovir par perfusion, qui nécessite une hospitalisation. Toutefois, la voie orale peut être une source supplémentaire de variabilité chez les patients, avec un impact potentiel sur l'efficacité ou la toxicité du médicament. Le but de cette étude a été - de décrire le devenir de ce médicament dans le corps humain (dont l'étude relève de la discipline de la pharmacocinétique) - de définir les facteurs cliniques pouvant expliquer les différences de concentration sanguine observées entre les patients sous une posologie donnée - d'explorer les relations entre les concentrations du médicament dans le sang et son efficacité ou la survenue d'effets indésirables (dont l'étude relève de la discipline de la pharmacodynamie). Cette étude a nécessité le développement et la validation, d'une méthode d'analyse pour mesurer la concentration sanguine du ganciclovir, puis son application à 437 échantillons provenant de 65 patients transplantés d'organe solide (41 rénaux, 12 pulmonaires, 10 cardiaques et 2 hépatiques) recevant du valganciclovir. Les résultats des mesures effectuées ont été analysés à l'aide d'un outil mathématique afin d'élaborer un modèle du devenir du médicament dans le sang chez chaque patient et à chaque occasion. Cette étude a permis d'évaluer chez des patients recevant le valganciclovir, la vitesse à laquelle l'organisme absorbe, distribue, puis élimine le médicament. La vitesse d'élimination dépendait étroitement de la fonction rénale, du type de greffe et du sexe alors que la distribution dépendait du poids et du sexe du patient. La variabilité non expliquée par ces facteurs cliniques était modérée et vraisemblablement sans conséquence clinique évidente soit sur l'efficacité ou la tolérance, qui se révèlent très satisfaisantes chez les patients de l'étude. Les observations n'ont pas révélé de relation entre les concentrations de médicament et l'efficacité thérapeutique ou la survenue d'effets indésirables, confirmant que les doses relativement faibles utilisées dans notre collectif de patients suffisaient à produire une exposition reproductible à des concentrations adéquates. En conclusion, le profil (et par conséquent l'absorption) du valganciclovir chez les patients transplantés semble bien prédictible après une adaptation de la dose à la fonction rénale et au poids du patient. Un contrôle systématique des concentrations sanguines n'est probablement pas indiqué en routine, mais cette mesure peut présenter un intérêt dans certaines conditions particulières.