Reliability of methods used for the risk assessment of mixture of micropollutants in aquatic enviromments : from theoretical concepts to field observations

Ces dernières années, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques des micropolluants organiques pour les espèces de nos lacs et rivières. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, alors que les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange. Or les effets de ces cocktails ne sont pas négligeables. Cette thèse de doctorat s'est ainsi intéressée aux modèles permettant de prédire le risque environnemental de ces cocktails pour le milieu aquatique. Le principal objectif a été d'évaluer le risque écologique des mélanges de substances chimiques mesurées dans le Léman, mais aussi d'apporter un regard critique sur les méthodologies utilisées afin de proposer certaines adaptations pour une meilleure estimation du risque. Dans la première partie de ce travail, le risque des mélanges de pesticides et médicaments pour le Rhône et pour le Léman a été établi en utilisant des approches envisagées notamment dans la législation européenne. Il s'agit d'approches de « screening », c'est-à-dire permettant une évaluation générale du risque des mélanges. Une telle approche permet de mettre en évidence les substances les plus problématiques, c'est-à-dire contribuant le plus à la toxicité du mélange. Dans notre cas, il s'agit essentiellement de 4 pesticides. L'étude met également en évidence que toutes les substances, même en trace infime, contribuent à l'effet du mélange. Cette constatation a des implications en terme de gestion de l'environnement. En effet, ceci implique qu'il faut réduire toutes les sources de polluants, et pas seulement les plus problématiques. Mais l'approche proposée présente également un biais important au niveau conceptuel, ce qui rend son utilisation discutable, en dehors d'un screening, et nécessiterait une adaptation au niveau des facteurs de sécurité employés. Dans une deuxième partie, l'étude s'est portée sur l'utilisation des modèles de mélanges dans le calcul de risque environnemental. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés espèce par espèce, et non pour une évaluation sur l'écosystème en entier. Leur utilisation devrait donc passer par un calcul par espèce, ce qui est rarement fait dû au manque de données écotoxicologiques à disposition. Le but a été donc de comparer, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon une méthode rigoureuse, espèce par espèce, avec celui effectué classiquement où les modèles sont appliqués sur l'ensemble de la communauté sans tenir compte des variations inter-espèces. Les résultats sont dans la majorité des cas similaires, ce qui valide l'approche utilisée traditionnellement. En revanche, ce travail a permis de déterminer certains cas où l'application classique peut conduire à une sous- ou sur-estimation du risque. Enfin, une dernière partie de cette thèse s'est intéressée à l'influence que les cocktails de micropolluants ont pu avoir sur les communautés in situ. Pour ce faire, une approche en deux temps a été adoptée. Tout d'abord la toxicité de quatorze herbicides détectés dans le Léman a été déterminée. Sur la période étudiée, de 2004 à 2009, cette toxicité due aux herbicides a diminué, passant de 4% d'espèces affectées à moins de 1%. Ensuite, la question était de savoir si cette diminution de toxicité avait un impact sur le développement de certaines espèces au sein de la communauté des algues. Pour ce faire, l'utilisation statistique a permis d'isoler d'autres facteurs pouvant avoir une influence sur la flore, comme la température de l'eau ou la présence de phosphates, et ainsi de constater quelles espèces se sont révélées avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps. Fait intéressant, une partie d'entre-elles avait déjà montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. En conclusion, ce travail montre qu'il existe des modèles robustes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques, et qu'ils peuvent être utilisés pour expliquer le rôle des substances dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application. - Depuis plusieurs années, les risques que posent les micropolluants organiques pour le milieu aquatique préoccupent grandement les scientifiques ainsi que notre société. En effet, de nombreuses recherches ont mis en évidence les effets toxiques que peuvent avoir ces substances chimiques sur les espèces de nos lacs et rivières, quand elles se retrouvent exposées à des concentrations aiguës ou chroniques. Cependant, la plupart de ces études se sont focalisées sur la toxicité des substances individuelles, c'est à dire considérées séparément. Actuellement, il en est de même dans les procédures de régulation européennes, concernant la partie évaluation du risque pour l'environnement d'une substance. Or, les organismes sont exposés tous les jours à des milliers de substances en mélange, et les effets de ces "cocktails" ne sont pas négligeables. L'évaluation du risque écologique que pose ces mélanges de substances doit donc être abordé par de la manière la plus appropriée et la plus fiable possible. Dans la première partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux méthodes actuellement envisagées à être intégrées dans les législations européennes pour l'évaluation du risque des mélanges pour le milieu aquatique. Ces méthodes sont basées sur le modèle d'addition des concentrations, avec l'utilisation des valeurs de concentrations des substances estimées sans effet dans le milieu (PNEC), ou à partir des valeurs des concentrations d'effet (CE50) sur certaines espèces d'un niveau trophique avec la prise en compte de facteurs de sécurité. Nous avons appliqué ces méthodes à deux cas spécifiques, le lac Léman et le Rhône situés en Suisse, et discuté les résultats de ces applications. Ces premières étapes d'évaluation ont montré que le risque des mélanges pour ces cas d'étude atteint rapidement une valeur au dessus d'un seuil critique. Cette valeur atteinte est généralement due à deux ou trois substances principales. Les procédures proposées permettent donc d'identifier les substances les plus problématiques pour lesquelles des mesures de gestion, telles que la réduction de leur entrée dans le milieu aquatique, devraient être envisagées. Cependant, nous avons également constaté que le niveau de risque associé à ces mélanges de substances n'est pas négligeable, même sans tenir compte de ces substances principales. En effet, l'accumulation des substances, même en traces infimes, atteint un seuil critique, ce qui devient plus difficile en terme de gestion du risque. En outre, nous avons souligné un manque de fiabilité dans ces procédures, qui peuvent conduire à des résultats contradictoires en terme de risque. Ceci est lié à l'incompatibilité des facteurs de sécurité utilisés dans les différentes méthodes. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons étudié la fiabilité de méthodes plus avancées dans la prédiction de l'effet des mélanges pour les communautés évoluant dans le système aquatique. Ces méthodes reposent sur le modèle d'addition des concentrations (CA) ou d'addition des réponses (RA) appliqués sur les courbes de distribution de la sensibilité des espèces (SSD) aux substances. En effet, les modèles de mélanges ont été développés et validés pour être appliqués espèce par espèce, et non pas sur plusieurs espèces agrégées simultanément dans les courbes SSD. Nous avons ainsi proposé une procédure plus rigoureuse, pour l'évaluation du risque d'un mélange, qui serait d'appliquer d'abord les modèles CA ou RA à chaque espèce séparément, et, dans une deuxième étape, combiner les résultats afin d'établir une courbe SSD du mélange. Malheureusement, cette méthode n'est pas applicable dans la plupart des cas, car elle nécessite trop de données généralement indisponibles. Par conséquent, nous avons comparé, avec des valeurs générées aléatoirement, le calcul de risque effectué selon cette méthode plus rigoureuse, avec celle effectuée traditionnellement, afin de caractériser la robustesse de cette approche qui consiste à appliquer les modèles de mélange sur les courbes SSD. Nos résultats ont montré que l'utilisation de CA directement sur les SSDs peut conduire à une sous-estimation de la concentration du mélange affectant 5 % ou 50% des espèces, en particulier lorsque les substances présentent un grand écart- type dans leur distribution de la sensibilité des espèces. L'application du modèle RA peut quant à lui conduire à une sur- ou sous-estimations, principalement en fonction de la pente des courbes dose- réponse de chaque espèce composant les SSDs. La sous-estimation avec RA devient potentiellement importante lorsque le rapport entre la EC50 et la EC10 de la courbe dose-réponse des espèces est plus petit que 100. Toutefois, la plupart des substances, selon des cas réels, présentent des données d' écotoxicité qui font que le risque du mélange calculé par la méthode des modèles appliqués directement sur les SSDs reste cohérent et surestimerait plutôt légèrement le risque. Ces résultats valident ainsi l'approche utilisée traditionnellement. Néanmoins, il faut garder à l'esprit cette source d'erreur lorsqu'on procède à une évaluation du risque d'un mélange avec cette méthode traditionnelle, en particulier quand les SSD présentent une distribution des données en dehors des limites déterminées dans cette étude. Enfin, dans la dernière partie de cette thèse, nous avons confronté des prédictions de l'effet de mélange avec des changements biologiques observés dans l'environnement. Dans cette étude, nous avons utilisé des données venant d'un suivi à long terme d'un grand lac européen, le lac Léman, ce qui offrait la possibilité d'évaluer dans quelle mesure la prédiction de la toxicité des mélanges d'herbicide expliquait les changements dans la composition de la communauté phytoplanctonique. Ceci à côté d'autres paramètres classiques de limnologie tels que les nutriments. Pour atteindre cet objectif, nous avons déterminé la toxicité des mélanges sur plusieurs années de 14 herbicides régulièrement détectés dans le lac, en utilisant les modèles CA et RA avec les courbes de distribution de la sensibilité des espèces. Un gradient temporel de toxicité décroissant a pu être constaté de 2004 à 2009. Une analyse de redondance et de redondance partielle, a montré que ce gradient explique une partie significative de la variation de la composition de la communauté phytoplanctonique, même après avoir enlevé l'effet de toutes les autres co-variables. De plus, certaines espèces révélées pour avoir été influencées, positivement ou négativement, par la diminution de la toxicité dans le lac au fil du temps, ont montré des comportements similaires dans des études en mésocosmes. On peut en conclure que la toxicité du mélange herbicide est l'un des paramètres clés pour expliquer les changements de phytoplancton dans le lac Léman. En conclusion, il existe diverses méthodes pour prédire le risque des mélanges de micropolluants sur les espèces aquatiques et celui-ci peut jouer un rôle dans le fonctionnement des écosystèmes. Toutefois, ces modèles ont bien sûr des limites et des hypothèses sous-jacentes qu'il est important de considérer lors de leur application, avant d'utiliser leurs résultats pour la gestion des risques environnementaux. - For several years now, the scientists as well as the society is concerned by the aquatic risk organic micropollutants may pose. Indeed, several researches have shown the toxic effects these substances may induce on organisms living in our lakes or rivers, especially when they are exposed to acute or chronic concentrations. However, most of the studies focused on the toxicity of single compounds, i.e. considered individually. The same also goes in the current European regulations concerning the risk assessment procedures for the environment of these substances. But aquatic organisms are typically exposed every day simultaneously to thousands of organic compounds. The toxic effects resulting of these "cocktails" cannot be neglected. The ecological risk assessment of mixtures of such compounds has therefore to be addressed by scientists in the most reliable and appropriate way. In the first part of this thesis, the procedures currently envisioned for the aquatic mixture risk assessment in European legislations are described. These methodologies are based on the mixture model of concentration addition and the use of the predicted no effect concentrations (PNEC) or effect concentrations (EC50) with assessment factors. These principal approaches were applied to two specific case studies, Lake Geneva and the River Rhône in Switzerland, including a discussion of the outcomes of such applications. These first level assessments showed that the mixture risks for these studied cases exceeded rapidly the critical value. This exceeding is generally due to two or three main substances. The proposed procedures allow therefore the identification of the most problematic substances for which management measures, such as a reduction of the entrance to the aquatic environment, should be envisioned. However, it was also showed that the risk levels associated with mixtures of compounds are not negligible, even without considering these main substances. Indeed, it is the sum of the substances that is problematic, which is more challenging in term of risk management. Moreover, a lack of reliability in the procedures was highlighted, which can lead to contradictory results in terms of risk. This result is linked to the inconsistency in the assessment factors applied in the different methods. In the second part of the thesis, the reliability of the more advanced procedures to predict the mixture effect to communities in the aquatic system were investigated. These established methodologies combine the model of concentration addition (CA) or response addition (RA) with species sensitivity distribution curves (SSD). Indeed, the mixture effect predictions were shown to be consistent only when the mixture models are applied on a single species, and not on several species simultaneously aggregated to SSDs. Hence, A more stringent procedure for mixture risk assessment is proposed, that would be to apply first the CA or RA models to each species separately and, in a second step, to combine the results to build an SSD for a mixture. Unfortunately, this methodology is not applicable in most cases, because it requires large data sets usually not available. Therefore, the differences between the two methodologies were studied with datasets created artificially to characterize the robustness of the traditional approach applying models on species sensitivity distribution. The results showed that the use of CA on SSD directly might lead to underestimations of the mixture concentration affecting 5% or 50% of species, especially when substances present a large standard deviation of the distribution from the sensitivity of the species. The application of RA can lead to over- or underestimates, depending mainly on the slope of the dose-response curves of the individual species. The potential underestimation with RA becomes important when the ratio between the EC50 and the EC10 for the dose-response curve of the species composing the SSD are smaller than 100. However, considering common real cases of ecotoxicity data for substances, the mixture risk calculated by the methodology applying mixture models directly on SSDs remains consistent and would rather slightly overestimate the risk. These results can be used as a theoretical validation of the currently applied methodology. Nevertheless, when assessing the risk of mixtures, one has to keep in mind this source of error with this classical methodology, especially when SSDs present a distribution of the data outside the range determined in this study Finally, in the last part of this thesis, we confronted the mixture effect predictions with biological changes observed in the environment. In this study, long-term monitoring of a European great lake, Lake Geneva, provides the opportunity to assess to what extent the predicted toxicity of herbicide mixtures explains the changes in the composition of the phytoplankton community next to other classical limnology parameters such as nutrients. To reach this goal, the gradient of the mixture toxicity of 14 herbicides regularly detected in the lake was calculated, using concentration addition and response addition models. A decreasing temporal gradient of toxicity was observed from 2004 to 2009. Redundancy analysis and partial redundancy analysis showed that this gradient explains a significant portion of the variation in phytoplankton community composition, even when having removed the effect of all other co-variables. Moreover, some species that were revealed to be influenced positively or negatively, by the decrease of toxicity in the lake over time, showed similar behaviors in mesocosms studies. It could be concluded that the herbicide mixture toxicity is one of the key parameters to explain phytoplankton changes in Lake Geneva. To conclude, different methods exist to predict the risk of mixture in the ecosystems. But their reliability varies depending on the underlying hypotheses. One should therefore carefully consider these hypotheses, as well as the limits of the approaches, before using the results for environmental risk management

Assessing alpine plant vulnerability to climate change: A modeling perspective

The potential ecological impact of ongoing climate change has been much discussed. High mountain ecosystems were identified early on as potentially very sensitive areas. Scenarios of upward species movement and vegetation shift are commonly discussed in the literature. Mountains being characteristically conic in shape, impact scenarios usually assume that a smaller surface area will be available as species move up. However, as the frequency distribution of additional physiographic factors (e.g., slope angle) changes with increasing elevation (e.g., with few gentle slopes available at higher elevation), species migrating upslope may encounter increasingly unsuitable conditions. As a result, many species could suffer severe reduction of their habitat surface, which could in turn affect patterns of biodiversity. In this paper, results from static plant distribution modeling are used to derive climate change impact scenarios in a high mountain environment. Models are adjusted with presence/absence of species. Environmental predictors used are: annual mean air temperature, slope, indices of topographic position, geology, rock cover, modeled permafrost and several indices of solar radiation and snow cover duration. Potential Habitat Distribution maps were drawn for 62 higher plant species, from which three separate climate change impact scenarios were derived. These scenarios show a great range of response, depending on the species and the degree of warming. Alpine species would be at greatest risk of local extinction, whereas species with a large elevation range would run the lowest risk. Limitations of the models and scenarios are further discussed.

A critical evaluation of secondary cancer risk models applied to Monte Carlo dose distributions of 2-dimensional, 3-dimensional conformal and hybrid intensity-modulated radiation therapy for breast cancer.

The comparison of radiotherapy techniques regarding secondary cancer risk has yielded contradictory results possibly stemming from the many different approaches used to estimate risk. The purpose of this study was to make a comprehensive evaluation of different available risk models applied to detailed whole-body dose distributions computed by Monte Carlo for various breast radiotherapy techniques including conventional open tangents, 3D conformal wedged tangents and hybrid intensity modulated radiation therapy (IMRT). First, organ-specific linear risk models developed by the International Commission on Radiological Protection (ICRP) and the Biological Effects of Ionizing Radiation (BEIR) VII committee were applied to mean doses for remote organs only and all solid organs. Then, different general non-linear risk models were applied to the whole body dose distribution. Finally, organ-specific non-linear risk models for the lung and breast were used to assess the secondary cancer risk for these two specific organs. A total of 32 different calculated absolute risks resulted in a broad range of values (between 0.1% and 48.5%) underlying the large uncertainties in absolute risk calculation. The ratio of risk between two techniques has often been proposed as a more robust assessment of risk than the absolute risk. We found that the ratio of risk between two techniques could also vary substantially considering the different approaches to risk estimation. Sometimes the ratio of risk between two techniques would range between values smaller and larger than one, which then translates into inconsistent results on the potential higher risk of one technique compared to another. We found however that the hybrid IMRT technique resulted in a systematic reduction of risk compared to the other techniques investigated even though the magnitude of this reduction varied substantially with the different approaches investigated. Based on the epidemiological data available, a reasonable approach to risk estimation would be to use organ-specific non-linear risk models applied to the dose distributions of organs within or near the treatment fields (lungs and contralateral breast in the case of breast radiotherapy) as the majority of radiation-induced secondary cancers are found in the beam-bordering regions.

Comparison of indices proposed as criteria for assigning skin notation

OBJECTIVES: Skin notations are used as a hazard identification tool to flag chemicals associated with a potential risk related to transdermal penetration. The transparency and rigorousness of the skin notation assignment process have recently been questioned. We compared different approaches proposed as criteria for these notations as a starting point for improving and systematizing current practice. METHODS: In this study, skin notations, dermal acute lethal dose 50 in mammals (LD(50)s) and two dermal risk indices derived from previously published work were compared using the lists of Swiss maximum allowable concentrations (MACs) and threshold limit values (TLVs) from the American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH). The indices were both based on quantitative structure-activity relationship (QSAR) estimation of transdermal fluxes. One index compared the cumulative dose received through skin given specific exposure surface and duration to that received through lungs following inhalation 8 h at the MAC or TLV. The other index estimated the blood level increase caused by adding skin exposure to the inhalation route at kinetic steady state. Dermal-to-other route ratios of LD(50) were calculated as secondary indices of dermal penetrability. RESULTS: The working data set included 364 substances. Depending on the subdataset, agreement between the Swiss and ACGIH skin notations varied between 82 and 87%. Chemicals with a skin notation were more likely to have higher dermal risk indices and lower dermal LD(50) than chemicals without a notation (probabilities between 60 and 70%). The risk indices, based on cumulative dose and kinetic steady state, respectively, appeared proportional up to a constant independent of chemical-specific properties. They agreed well with dermal LD(50)s (Spearman correlation coefficients -0.42 to -0.43). Dermal-to-other routes LD(50) ratios were moderately associated with QSAR-based transdermal fluxes (Spearman correlation coefficients -0.2 to -0.3). CONCLUSIONS: The plausible but variable relationship between current skin notations and the different approaches tested confirm the need to improve current skin notations. QSAR-based risk indices and dermal toxicity data might be successfully integrated in a systematic alternative to current skin notations for detecting chemicals associated with potential dermal risk in the workplace. [Authors]

Development of a multistrain bacterial bioreporter platform for the monitoring of hydrocarbon contaminants in marine environments.

Petroleum hydrocarbons are common contaminants in marine and freshwater aquatic habitats, often occurring as a result of oil spillage. Rapid and reliable on-site tools for measuring the bioavailable hydrocarbon fractions, i.e., those that are most likely to cause toxic effects or are available for biodegradation, would assist in assessing potential ecological damage and following the progress of cleanup operations. Here we examined the suitability of a set of different rapid bioassays (2-3 h) using bacteria expressing the LuxAB luciferase to measure the presence of short-chain linear alkanes, monoaromatic and polyaromatic compounds, biphenyls, and DNA-damaging agents in seawater after a laboratory-scale oil spill. Five independent spills of 20 mL of NSO-1 crude oil with 2 L of seawater (North Sea or Mediterranean Sea) were carried out in 5 L glass flasks for periods of up to 10 days. Bioassays readily detected ephemeral concentrations of short-chain alkanes and BTEX (i.e., benzene, toluene, ethylbenzene, and xylenes) in the seawater within minutes to hours after the spill, increasing to a maximum of up to 80 muM within 6-24 h, after which they decreased to low or undetectable levels. The strong decrease in short-chain alkanes and BTEX may have been due to their volatilization or biodegradation, which was supported by changes in the microbial community composition. Two- and three-ring PAHs appeared in the seawater phase after 24 h with a concentration up to 1 muM naphthalene equivalents and remained above 0.5 muM for the duration of the experiment. DNA-damage-sensitive bioreporters did not produce any signal with the oil-spilled aqueous-phase samples, whereas bioassays for (hydroxy)biphenyls showed occasional responses. Chemical analysis for alkanes and PAHs in contaminated seawater samples supported the bioassay data, but did not show the typical ephemeral peaks observed with the bioassays. We conclude that bacterium-based bioassays can be a suitable alternative for rapid on-site quantitative measurement of hydrocarbons in seawater.

A metapopulation model for the introgression from genetically modified plants into their wild relatives

Most models on introgression from genetically modified (GM) plants have focused on small spatial scales, modelling gene flow from a field containing GM plants into a single adjacent population of a wild relative. Here, we present a model to study the effect of introgression from multiple plantations into the whole metapopulation of the wild relative. The most important result of the model is that even very low levels of introgression and selection can lead to a high probability that the transgene goes to fixation in the metapopulation. Furthermore, the overall frequency of the transgene in the metapopulation, after a certain number of generations of introgression, depends on the population dynamics. If there is a high rate of migration or a high rate of population turnover, the overall transgene frequency is much higher than with lower rates. However, under an island model of population structure, this increased frequency has only a very small effect on the probability of fixation of the transgene. Considering these results, studies on the potential ecological risks of introgression from GM plants should look not only at the rate of introgression and selection acting on the transgene, but also at the metapopulation dynamics of the wild relative.

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Pollution of air, water and soil by industrial chemicals presents a potential health risk to humans. Such chemicals can enter the human body by three routes, namely by inhalation, dermal absorption, and ingestion and in special cases by injection (needle sticks, bites, cuts, etc.). In the workplace, pulmonary and dermal absorption are the main routes of entry, but poor personal hygiene and work habits can result in ingestion that contributes to the dose. Air monitoring provides reliable information on inhalation exposure, and patches can be used to estimate dermal exposure. Local adverse effects, such as skin and eye irritation, or nose and lung irritation, are closely related to the external exposure. Systemic adverse effects, on the other hand, are related to the absorbed amount (dose), or to the level of the pollutant or its metabolite in the target organ. Human biological monitoring is becoming a powerful tool for scientists and policy makers to assess and manage the risk of exposure to chemicals both in the general population and at the workpalce. This chapter will focus on the occupational environment keeping in mind that biological monitoring in humans is a very actual issue in public health politics, in environmental medicine, and in science in general.

The stomach cancer pooling (StoP) project: study design and presentation.

Gastric cancer affects about one million people per year worldwide, being the second leading cause of cancer mortality. The study of its etiology remains therefore a global issue as it may allow the identification of major targets, besides eradication of Helicobacter pylori infection, for primary prevention. It has however received little attention, given its comparatively low incidence in most high-income countries. We introduce a consortium of epidemiological investigations named the 'Stomach cancer Pooling (StoP) Project'. Twenty-two studies agreed to participate, for a total of over 9000 cases and 23 000 controls. Twenty studies have already shared the original data set. Of the patients, 40% are from Asia, 43% from Europe, and 17% from North America; 34% are women and 66% men; the median age is 61 years; 56% are from population-based case-control studies, 41% from hospital-based ones, and 3% from nested case-control studies derived from cohort investigations. Biological samples are available from 12 studies. The aim of the StoP Project is to analyze the role of lifestyle and genetic determinants in the etiology of gastric cancer through pooled analyses of individual-level data. The uniquely large data set will allow us to define and quantify the main effects of each risk factor of interest, including a number of infrequent habits, and to adequately address associations in subgroups of the population, as well as interaction within and between environmental and genetic factors. Further, we will carry out separate analyses according to different histotypes and subsites of gastric cancer, to identify potential different risk patterns and etiological characteristics.

Changes in Aortic Pulse Wave Velocity in Hypertensive Postmenopausal Women: Comparison Between a Calcium Channel Blocker vs Angiotensin Receptor Blocker Regimen.

J Clin Hypertens (Greenwich). 2012;14:773-778. ©2012 Wiley Periodicals, Inc. Postmenopausal women are at greater risk for hypertension-related cardiovascular disease. Antihypertensive therapy may help alleviate arterial stiffness that represents a potential modifiable risk factor of hypertension. This randomized controlled study investigated the difference between an angiotensin receptor blocker and a calcium channel blocker in reducing arterial stiffness. Overall, 125 postmenopausal hypertensive women (age, 61.4±6 years; systolic blood pressure/diastolic blood pressure [SBP/DBP], 158±11/92±9 mm Hg) were randomized to valsartan 320 mg±hydrochlorothiazide (HCTZ) (n=63) or amlodipine 10 mg±HCTZ (n=62). The primary outcome was carotid-to-femoral pulse wave velocity (PWV) changes after 38 weeks of treatment. Both treatments lowered peripheral blood pressure (BP) (-22.9/-10.9 mm Hg for valsartan and -25.2/-11.7 mm Hg for amlodipine, P=not significant) and central BP (-15.7/-7.6 mm Hg for valsartan and -19.2/-10.3 mm Hg for amlodipine, P<.05 for central DBP). Both treatments similarly reduced the carotid-femoral PWV (-1.9 vs -1.7 m/s; P=not significant). Amlodipine was associated with a higher incidence of peripheral edema compared with the valsartan group (77% vs 14%, P<.001). BP lowering in postmenopausal women led to a reduction in arterial stiffness as assessed by PWV measurement. Both regimens reduced PWV to a similar degree after 38 weeks of treatment despite differences in central BP lowering, suggesting that the effect of valsartan on PWV is mediated through nonhemodynamic effects.

Concentration of Airborne Staphylococcus aureus (MRSA and MSSA), Total Bacteria, and Endotoxins in Pig Farms.

Pigs are very often colonized by Staphylococcus aureus and transmission of such pig-associated S. aureus to humans can cause serious medical, hygiene, and economic problems. The transmission route of zoonotic pathogens colonizing farm animals to humans is not well established and bioaerosols could play an important role. The aim of this study was to assess the potential occupational risk of working with S. aureus-colonized pigs in Switzerland. We estimated the airborne contamination by S. aureus in 37 pig farms (20 nursery and 17 fattening units; 25 in summer, 12 in winter). Quantification of total airborne bacterial DNA, airborne Staphylococcus sp. DNA, fungi, and airborne endotoxins was also performed. In this experiment, the presence of cultivable airborne methicillin-resistant S. aureus (MRSA) CC398 in a pig farm in Switzerland was reported for the first time. Airborne methicillin-sensitive S. aureus (MSSA) was found in ~30% of farms. The average airborne concentration of DNA copy number of total bacteria and Staphylococcus sp. measured by quantitative polymerase chain reaction was very high, respectively reaching values of 75 (± 28) × 10(7) and 35 (± 9.8) × 10(5) copy numbers m(-3) in summer and 96 (± 19) × 10(8) and 40 (± 12) × 10(6) copy numbers m(-3) in winter. Total mean airborne concentrations of endotoxins (1298 units of endotoxin m(-3)) and fungi (5707 colony-forming units m(-3)) exceeded the Swiss recommended values and were higher in winter than in summer. In conclusion, Swiss pig farmers will have to tackle a new emerging occupational risk, which could also have a strong impact on public health. The need to inform pig farmers about biological occupational risks is therefore crucial.

Investigation phytochimique des plantes aquatiques Potamogeton pectinatus L., P. lucens L., P. perfoliatus L. et P. crispus L. (Potamogetonaceae)

Dans le cadre de la recherche de nouveaux composés naturels, les métabolites secondaires de plantes aquatiques indigènes, les potamots Potamogeton pectinatus L., P. lucens L., P. perfoliatus L. et P. crispus L. (Potamogetonaceae), ont été étudiés. Par leur position écologique et évolutive particulière entre environnement terrestre et aquatique, les plantes aquatiques ou macrophytes pourraient en effet avoir sélectionné des composés avec des caractéristiques originales. Les extraits dichlorométhaniques (apolaires) des potamots ont été analysés par HPLCUV, HPLC-MS, HPLC-RMN et GC-MS, et testés contre diverses cibles biologiques. Sur la base de ces résultats, les extraits apolaires de P. pectinatus et P. lucens ont été étudiés de manière plus approfondie. Ils ont été fractionnés sur des colonnes ouvertes et par VLC, LPLC, MPLC, CPC et HPLC semi-préparative. Une partie de leurs constituants ont été isolés et leurs structures déterminées par des méthodes spectroscopiques, en particulier par RMN et par MS. Quinze composés ont été ainsi isolés de P. pectinatus et P. lucens, dont sept sont des nouveaux produits naturels. Parmi ces quinze produits, neuf sont des diterpènes ent-labdanes contenant un noyau furane ou un groupe lactonique, dont six sont décrits ici pour la première fois. Certains de ces diterpènes ont montré une activité algicide, ce qui indique une de leurs fonctions possible dans les potamots, et un de ces labdanes, le méthyl-15,16-époxy-12-oxo-8(17),13(16),14-ent-labatrièn-19-oate, a également des propriétés anti-inflammatoires. Les composés présents dans les extraits méthanoliques (polaires) n?ont pas été isolés, mais quatorze d?entre eux ont pu être identifiés par HPLC-UV, HPLC-MS et HPLCRMN. Une majorité de ces constituants sont des flavonoïdes connus, des dérivés glycosylés de l?apigénine, la lutéoline et le chrysoériol, également présents en tant qu?aglycones. Plusieurs ent-labdanes glycosylés ont pu être également identifiés dans ces extraits, parmi lesquels un nouveau composé dont la structure a pu être partiellement déterminée. En conclusion, ce travail a permis de mieux connaître la phytochimie de plusieurs plantes aquatiques de Suisse, et d?isoler de nouveaux produits naturels avec des propriétés biologiques et pharmacologiques intéressantes.<br/><br/>The secondary metabolites of Swiss freshwater plants, the pondweeds Potamogeton pectinatus L., P. lucens L., P. perfoliatus L. and P. crispus L. (Potamogetonaceae), were investigated. Because of their peculiar habitat, in-between aquatic and terrestrial life, aquatic plants should produce secondary metabolites with original chemical or biological features. Their apolar extracts were analysed by HPLC-UV, HPLC-MS, HPLC-NMR and GCMS, and were tested with different bioassays. Based on these results, the apolar extracts of P. pectinatus and P. lucens were investigated more extensively. They were fractionated on open columns, and by VLC, LPLC, MPLC, CPC and semi-preparative HPLC. Their constituents were isolated and their structures elucidated by spectroscopic methods as MS and NMR. Fifteen compounds could be isolated from P. pectinatus and P. lucens, and seven were new natural products. Nine of them were ent-labdane diterpenes with a furan moiety or a lactone group, and six of these labdanes were reported here for the first time as natural products. Some of these diterpenes showed an algaecide effect. This activity indicated their potential ecological function in pondweeds. One compound, methyl-15,16-epoxy-12-oxo-8(17),13(16),14-ent-labatrien-19-oate, revealed also some anti-inflammatory properties. The constituents of polar extracts were not isolated, but fourteen of them could be identified by HPLC-UV, HPLC-MS and HPLC-NMR. The major part of these compounds was known flavonoids as apigenin, lutolin, chrysoeriol and their glycosylated derivatives. Several glycosylated ent-labdanes were also identified, and the structure of a new labdane dihexoside was partially elucidated. In conclusion this study allowed a better knowledge of the phytochemistry of Swiss aquatic plants, and the isolation of new natural products with interesting biological and pharmacological properties.

La revascularisation transmyocardique au laser--un risque potentiel en condition aiguë [Laser transmyocardial revascularization--a potential risk in an acute situation?]

Morphological and functional effects of transmyocardial laser revascularization (TMLR) are analyzed in an acute setting on a porcine model. Ten channels were drilled in the left lateral wall of the heart of 15 pigs (mean weight, 73 +/- 4 kg) with a Holmium-YAG laser (wavelength: 2.1 mu, probe diameter: 1.75 mm). Echocardiographic control was performed before the TMLR procedure as well as 5 min and 30 min thereafter. Echocardiographic parameters were recorded in short-axis at the level of the laser channels, and included left ventricular ejection fraction, fractional shortening and segmental wall motility of the channels' area (scale 0-3: 0 = normal, 1 = hypokinesia, 2 = akinesia, 3 = dyskinesia). After sacrifice the lased region was sliced perpendicularly to the channels for histological and morphometrical analysis. Five minutes after the drilling of the channels, all the echocardiographic index worsened significantly in comparison with baseline values (p < 0.01). All recovered after 30 min and showed no difference with baseline values. Cross-section of the channel lesions measured 8.8 +/- 2.4 mm2 which is more than three times that of the probe (p < 0.01). In acute conditions, the lesions due to the TMLR probe are significantly larger than the probe itself and cause a transient drop of the segmental wall motility on a healthy myocardium. These results suggest that TMLR should be used cautiously in the clinical setting for patients with an impaired ventricular function.

A Th17- and Th2-skewed Cytokine Profile in Cystic Fibrosis Lungs Represents a Potential Risk Factor for Pseudomonas aeruginosa Infection.

Rationale: Cystic fibrosis (CF) is characterized by progressive pulmonary inflammation that is infection-triggered. Pseudomonas aeruginosa represents a risk factor for deterioration of lung function and reduced life expectancy. Objectives: To assess T-cell cytokine/chemokine production in clinically stable children with CF and evaluate the association between T-cell subtypes and susceptibility for infection with P. aeruginosa. Methods: T-cell cytokine/chemokine profiles were measured in bronchoalveolar lavage fluid (BALF) from children with CF (n = 57; 6.1 ± 5.9 yr) and non-CF control subjects (n = 18; 5.9 ± 4.3 yr). Memory responses to Aspergillus fumigatus and P. aeruginosa were monitored. High-resolution computed tomography-based Helbich score was assessed. In a prospective observational trial the association between BALF cytokine/chemokine profiles and subsequent infection with P. aeruginosa was studied. Measurements and Main Results: Th1- (INF-γ), Th2- (IL-5, IL-13), Th17- (IL-17A), and Th17-related cytokines (IL-1β, IL-6) were significantly up-regulated in airways of patients with CF. IL-17A, IL-13, and IL-5 were significantly higher in BALF of symptomatic as compared with clinically asymptomatic patients with CF. IL-17A and IL-5 correlated with the percentage of neutrophils in BALF (r = 0.41, P < 0.05 and r = 0.46, P < 0.05, respectively). Th17- (IL-17A, IL-6, IL-1β, IL-8) and Th2-associated cytokines and chemokines (IL-5, IL-13, TARC/CCL17), but not IFN-γ levels, significantly correlated with high-resolution computed tomography changes (Helbich score; P < 0.05). P. aeruginosa- and A. fumigatus-specific T cells from patients with CF displayed significantly higher IL-5 and IL-17A mRNA expression. IL-17A and TARC/CCL17 were significantly augmented in patients that developed P. aeruginosa infection within 24 months. Conclusions: We propose a role for Th17 and Th2 T cells in chronic inflammation in lungs of patients with CF. High concentrations of these cytokines/chemokines in CF airways precede infection with P. aeruginosa.

Anemia and chronic kidney disease are potential risk factors for mortality in stroke patients : a historic cohort study

Rapport de synthèseApproche et objectifL'objectif de la recherche était de préciser les relations existant entre l'insuffisance rénale chronique, l'anémie et l'accident vasculaire cérébral parmi des patients hospitalisés au Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) pour un accident vasculaire cérébral (AVC). Les auteurs ont déterminé la prévalence de l'anémie et de l'insuffisance rénale chronique parmi ces patients et examiné s'ils sont des facteurs de risque indépendants de la mortalité suite à un AVC.L'insuffisance rénale chronique est associée à un risque élevé de développer un AVC. L'anémie est une complication et une conséquence fréquente qui découle de l'insuffisance rénale chronique et est également un facteur de risque pour les maladies cérébro- et cardiovasculaires.MéthodeLa présente étude de cohorte rétrospective se base sur le registre des AVC du CHUV et inclut tous les patients traités suite à un premier AVC au service de neurologie du CHUV entre les années 2000 et 2003.Les variables utilisées pour l'analyse sont les caractéristiques démographiques, l'insuffisance rénale chronique, le débit de filtration glomérulaire.(GFR), l'anémie et d'autres facteurs de risque d'AVC. Ils ont été récoltés au moyen du système informatique du laboratoire du CHUV, d'entretiens téléphoniques (patients ou proches) et du registre des AVC du CHUV.L'insuffisance rénale chronique a été calculée sur base de la ,,Kidney Disease Outcomes Quality Initiative (K/DOQI)-CKD Classification", laquelle est divisée en cinq stades. L'anémie a été définie par une hémoglobine de < 120g/L pour les femmes et < 130g/L pour les hommes.Les analyses statistiques réalisées sont des tests Chi-carré, des tests de Τ ainsi que des courbes de Kaplan-Meier et le modèle de régression de Cox.RésultatsParmi 890 patients adultes avec un AVC, le GFR moyen était de 64.3 ml/min/1.73 m2, 17% souffraient d'anémie et 10% sont décédés pendant la première année après la sortie de l'hôpital, suite à l'"AVC index". Parmi ceux-ci, 61% avaient une insuffisance rénale chronique de stade 3-5 et 39% de stade 1 ou 2 selon les critères de K/DOQI.D'autre part un taux d'hémoglobine élevé a pu être associé à un risque moins élevé de mortalité un an après la sortie de l'hôpital.Conclusion et perspectiveNous avons constaté que l'anémie ainsi que l'insuffisance rénale chronique sont fréquents parmi les patients souffrant d'un AVC et qu'ils sont des facteurs de risque d'un taux de mortalité élevé après un an. En conséquence, il pourrait être utile de traiter les patients souffrant d'anémie et d'insuffisance rénale dès que possible afin de diminuer les complications et comorbidités résultants de ces maladies.La perspective est de rendre les cliniciens attentif à l'importance de l'insuffisance rénale et de l'anémie parmi les patients ayants développé un AVC, ainsi que d'initier le traitement approprié afin de diminuer les complications, les comorbidités ainsi que les récidives d'un AVC. L'efficacité et l'économicité des interventions visant à améliorer le pronostic chez les patients présentant un AVC et souffrant d'une insuffisance rénale chronique et / ou d'une anémie doivent être évaluées par des études appropriées.

Ageing with HIV: medication use and risk for potential drug-drug interactions.

OBJECTIVES: To compare the use of co-medication, the potential drug-drug interactions (PDDIs) and the effect on antiretroviral therapy (ART) tolerability and efficacy in HIV-infected individuals according to age, ≥ 50 years or <50 years. METHODS: All ART-treated participants were prospectively included once during a follow-up visit of the Swiss HIV Cohort Study. Information on any current medication was obtained by participant self-report and medical prescription history. The complete treatment was subsequently screened for PDDIs using a customized version of the Liverpool drug interaction database. RESULTS: Drug prescriptions were analysed for 1497 HIV-infected individuals: 477 age ≥ 50 and 1020 age <50. Older patients were more likely to receive one or more co-medications compared with younger patients (82% versus 61%; P < 0.001) and thus had more frequent PDDIs (51% versus 35%; P < 0.001). Furthermore, older patients tended to use a higher number of co-medications and certain therapeutic drug classes more often, such as cardiovascular drugs (53% versus 19%; P < 0.001), gastrointestinal medications (10% versus 6%; P = 0.004) and hormonal agents (6% versus 3%; P = 0.04). PDDIs with ART occurred mainly with cardiovascular drugs (27%), CNS agents (22%) and methadone (6%) in older patients and with CNS agents (27%), methadone (15%) and cardiovascular drugs (11%) in younger patients. The response to ART did not differ between the two groups. CONCLUSIONS: The risk for PDDIs with ART increased in older patients who take more drugs than their younger HIV-infected counterparts. However, medication use in older and younger patients did not differ in terms of effect on antiretroviral tolerability and response.