A physical activity intervention in a workplace setting

Physical inactivity poses a huge burden on Canada's health care system and is detrimental to the health of Canadians (Katzmarzyk & Janssen, 2004). Walking is a viable option for individuals to become physically active on a daily basis and is in fact the most commonly reported leisure time physical activity. It has been associated with many health benefits including weight loss/weight control, reduced risk of coronary artery disease and diabetes, lowered blood pressure, and improved psychological wellbeing (Brisson & Tudor-Locke, 2004). Specifically, individuals' stage of change, selfefficacy and health related quality of life (HRQL) are three psychological constructs that can be greatly improved with increased physical activity (Dishman, 1991; Penedo & Dahn, 2005; Poag & McAuley, 1992). Public health physical activity recommendations exist but many individuals find these difficult to meet due to overly busy lifestyles (Public Health Agency of Canada, 2003). Pedometers are inexpensive devices that can monitor individual bouts of walking so that the incorporation of physical activity into one's daily life is more plausible. They are also excellent tools for motivation, goalsetting, and immediate feedback (Brisson & Tudor-Locke, 2004). Since many people spend a large proportion of their time at their places of employment, workplaces have begun to be a common site for the development of physical activity interventions. These programs have been growing in popUlarity and have shown numerous benefits for both employees and employers (Voit, 2001). The purpose of the current study was to implement and evaluate the use of a pedometer-based physical activity intervention incorporating goal-setting and physical activity logs in a workplace setting, and to examine the relationship between different types of self-efficacy (task, barrier, and scheduling) and different phases of the intervention. Twenty male participants from a local steel manufacturing plant who exhibited health risk factors (e.g. hypertension, diabetes, etc.) were assigned to one of two groups (group A or group B). All participants were asked to wear pedometers on their waists, record their daily steps, set goals that were outlined on a step-tracking sheet (detennined by their baseline number of steps), and keep track of their work days, wakelbed time, sedentary time, and time spent doing other physical activity. Group A began the intervention immediately following the baseline measures, whereas group B continued with their regular routine for 4 weeks before beginning. Physiological measures (height, weight, blood pressure, relative body fat, waist and hip circumference, and body mass index) were taken and a battery of questionnaires that assessed barrier, task and scheduling self-efficacy, HRQL, and stage of change administered at baseline, week 5 (end of intervention for group A), week 9 (end of intervention for group B; follow-up for group A) and week 13 (follow-up for both groups). Results showed that this workplace physical activity intervention was successful at increasing the participants' daily steps, that task self-efficacy is a significant predictor of participants' exercise adherence during the initial stages of participation (intervention phase), and that the participants felt that this intervention was effective. Finally, further exploratory analyses showed that this intervention was effective for all participants, but most valuable for participants most in need of improvement - that is, those who were most sedentary prior to the intervention. This intervention is an inexpensive use of simple and effective tools (e.g. pedometers), has the potential to attract a wide variety of participants and become a pennanent part of any health promotion initiative.

Physiological reactivity and the perception of emotional stimuli as they relate to social adaptive functioning after traumatic brain injury / y Melonie Jane Hopkins.

Traumatic brain injury (TBI) often affects social adaptive functioning and these changes in social adaptability are usually associated with general damage to the frontal cortex. Recent evidence suggests that certain neurons within the orbitofrontal cortex appear to be specialized for the processing of faces and facial expressions. The orbitofrontal cortex also appears to be involved in self-initiated somatic activation to emotionally-charged stimuli. According to Somatic Marker Theory (Damasio, 1994), the reduced physiological activation fails to provide an individual with appropriate somatic cues to personally-relevant stimuli and this, in turn, may result in maladaptive behaviour. Given the susceptibility of the orbitofrontal cortex in TBI, it was hypothesized that impaired perception and reactivity to socially-relevant information might be responsible for some of the social difficulties encountered after TBL Fifteen persons who sustained a moderate to severe brain injury were compared to age and education matched Control participants. In the first study, both groups were presented with photographs of models displaying the major emotions and either asked to identify the emotions or simply view the faces passively. In a second study, participants were asked to select cards from decks that varied in terms of how much money could be won or lost. Those decks with higher losses were considered to be high-risk decks. Electrodermal activity was measured concurrently in both situations. Relative to Controls, TBI participants were found to have difficulty identifying expressions of surprise, sadness, anger, and fear. TBI persons were also found to be under-reactive, as measured by electrodermal activity, while passively viewing slides of negative expressions. No group difference,in reactivity to high-risk card decks was observed. The ability to identify emotions in the face and electrodermal reactivity to faces and to high-risk decks in the card game were examined in relationship to social monitoring and empathy as described by family members or friends on the Brock Adaptive Functioning Questionnaire (BAFQ). Difficulties identifying negative expressions (i.e., sadness, anger, fear, and disgust) predicted problems in monitoring social situations. As well, a modest relationship was observed between hypo-arousal to negative faces and problems with social monitoring. Finally, hypo-arousal in the anticipation of risk during the card game related to problems in empathy. In summary, these data are consistent with the view that alterations in the ability to perceive emotional expressions in the face and the disruption in arousal to personally-relevant information may be accounting for some of the difficulties in social adaptation often observed in persons who have sustained a TBI. Furthermore, these data provide modest support for Damasio's Somatic Marker Theory in that physiological reactivity to socially-relevant information has some value in predicting social function. Therefore, the assessment of TBI persons, particularly those with adaptive behavioural problems, should be expanded to determine whether alterations in perception and reactivity to socially-relevant stimuli have occurred. When this is the case, rehabilitative strategies aimed more specifically at these difficulties should be considered.

Analysis of a temperature sensitive mutation affecting aldehyde oxidase activity in Drosophila melanogaster

A strain of Drosophila melanogaster (mid america stock culture no. hl16) has been reported to be deficient in aldehyde oxidase activity (Hickey and Singh 1982). This strain was characterized during the course of this study and compared to other mutant strains known to be deficient in aldehyde oxidase activity. During the course of this investigation, the hl16 strain was found to be temperature sensitive in its viability. It was found that the two phenotypes, the enzyme deficiency, and the temperature sensitive lethality were the result of two different mutations, both mapping to the X-chromosome. These two mutations were found to be separable by recombination. The enzyme deficiency was found to map to the same locus as the cinnamon mutation, another mutation which affects aldehyde oxidase production. The developmental profile of aldehyde oxidase in the hl16 strain was compared to the developmental profile in the Canton S wild type strain. The aldehyde oxidase activity in adult hl16 individuals was also compared to that of various other strains. It was also found that the aldehyde oxidase activity was temperature sensitive in the adult flies. The temperature sensitive lethality mutation was mapped to position 1-0.1.

Human skeletal muscle pyruvate dehydrogenase phosphatase activity and expression : the effect of aerobic capacity

Activation of pyruvate dehydrogenase (PDH), which converts pyruvate into acetyl-CoA, is accomplished by a pair of specific phosphatases (PDP 1 & 2). A cross-sectional study investigating the effect of aerobic capacity on PDP activity and expression found that: 1) PDP activity and PDP! protein expression were positively correlated with most aerobic capacity measures in males (n=lS), but not females (n=12); 2) only males showed a positive correlation between PDP activity and PDPl protein expression (r=0.47; p=O.05), indicating that the increase in PDP activity in males is largely explained by increased PDPl protein expression, but that females rely on another level for PDP activity regulation; and 3) PDP} and Ela protein expression increase in unison when expressed relative to the E2 core. These data suggest that with increased aerobic capacity there is an increased capacity for carbohydrate oxidation through PDH, via El a, and an increased ability to activate PDH, via PDP, when exercising maximally.

The role of physical activity and perceived adequacy on cardiorespiratory fitness in children with developmental coordination disorder

Evidence suggests that children with developmental coordination disorder (DCD) have lower levels of cardiorespiratory fitness (CRF) compared to children without the condition. However, these studies were restricted to field-based methods in order to predict V02 peak in the determination of CRF. Such field tests have been criticised for their ability to provide a valid prediction of V02 peak and vulnerability to psychological aspects in children with DCD, such as low perceived adequacy toward physical activity. Moreover, the contribution of physical activity to the variance in V02 peak between the two groups is unknown. The purpose of our study was to determine the mediating role of physical activity and perceived adequacy towards physical activity on V02 peak in children with significant motor impairments. This prospective case-control design involved 122 (age 12-13 years) children with significant motor impairments (n=61) and healthy matched controls (n=61) based on age, gender and school location. Participants had been previously assessed for motor proficiency and classified as a probable DCD (p-DCD) or healthy control using the movement ABC test. V02 peak was measured by a progressive exercise test on a cycle ergometer. Perceived adequacy was measured using a 7 -item subscale from Children's Selfperception of Adequacy and Predilection for Physical Activity scale. Physical activity was monitored for seven days with the Actical® accelerometer. Children with p-DCD had significantly lower V02 peak (48.76±7.2 ml/ffm/min; p:50.05) compared to controls (53.12±8.2 ml/ffm/min), even after correcting for fat free mass. Regression analysis demonstrated that perceived adequacy and physical activity were significant mediators in the relationship between p-DCD and V02 peak. In conclusion, using a stringent laboratory assessment, the results of the current study verify the findings of earlier studies, adding low CRF to the list of health consequences associated with DCD. It seems that when testing for CRF in this population, there is a need to consider the psychological barriers associated with their condition. Moreover, strategies to increase physical activity in children with DCD may result in improvement in their CRF.

Physiological and behavioural effects of dextroamphetamine on Beagle dogs : a placebo controlled study

Plusieurs articles scientifiques et manuels de référence en médecine comportementale distinguent l'hyperactivité ou hyperkinésie de l’activité excessive en évaluant la réponse physiologique et comportementale des chiens suite à l’administration per os de 0.2 à 1.0 mg/kg de dextroamphétamine. Selon ces références, le chien atteint d’un syndrome hyperactif ou hyperkinésie, répondra de façon paradoxale à cette médication par une diminution de l’activité motrice accompagnée d’une réduction minimale de 15% de la fréquence respiratoire et de la fréquence cardiaque. L’objectif de la présente étude était de mesurer la variation de la température corporelle, de la fréquence cardiaque, de l’activité motrice et de différents comportements spécifiques chez un groupe de Beagles ayant reçu de la dextroamphétamine. La fiabilité d'un accéléromètre comme mesure objective d’activité motrice a aussi été évaluée. Dans le cadre de cette étude croisée contrôlée par placebo, douze Beagles de la colonie de recherche âgés entre 13 et 20 mois ont reçu une dose orale de 0.2 mg/kg de dextroamphétamine. Le moniteur cardiaque Polar® et un accéléromètre Actical® ont été utilisés pour enregistrer la fréquence cardiaque et l’activité motrice avant et après l’administration de la médication. La durée de chacun des comportements spécifiques a été compilée à l’aide du logiciel Noldus® et la température corporelle a été prise par thermomètre rectal. Le modèle équilibré de mesures répétées indique que les sujets ayant reçu la dextroamphétamine montrent une réduction significative (p = 0.044) de leur fréquence cardiaque comparativement aux chiens ayant reçu le placebo. Aucune variation significative n'a été observée concernant la température corporelle, l'activité motrice, et les autres comportements (léchage des babines, halètements, et bâillements) suite à l’administration de la dextroamphétamine. Une corrélation significative, linéaire et positive (p < 0,0001) entre les périodes de mouvements observées (vidéo) et les mesures d’activité enregistrées par l’accéléromètre a été observée. Les résultats de cette étude indiquent que les Beagles peuvent afficher des effets paradoxaux dans les 90 minutes suivant l’administration per os de dextroamphétamine à raison de 0.2 mg/kg.

Contribution of tachykinin and kinin receptors in central autonomic control of blood pressure and behavioural activity in hypertensive rats

This work aims at studing the role of tachykinin NK-3 receptor (R) and kinin B1R in central autonomic regulation of blood pressure (BP) and to determine whether the B1R is overexpressed and functional in rat models of hypertension by measuring the effect of a B1R agonist on behavioural activity. Assumptions: (1) NK-3R located in the ventral tegmental area (VTA) modulates the mesolimbic dopaminergic system and has a tonic activity in hypertension; (2) B1R is overexpressed in the brain of hypertensive rats and has a tonic activity, which contributes to hypertension via a dopamine mechanism; (3) the inhibition of NK-3R and B1R with selective antagonists, reduces central dopaminergic hyperactivity and reverses hypertension. A model of genetic hypertension and a model of experimental hypertension were used: spontaneously hypertensive rats (SHR, 16 weeks) and Wistar-Kyoto (WKY) rats infused for 14 days with angiotensin II (Ang II) (200 ng / kg / min, subcutaneous (s.c.) with Alzet mini pump). The age-matched untreated WKY rats served as common controls. In the first study (article # 1), the cardiovascular response in SHR was evaluated following intracebroventricular (i.c.v.) and/or intra-VTA injection of an agonist (senktide) and antagonists (SB222200 and R-820) of NK-3R. These responses have also been characterized using selective dopamine antagonists DA-D1R (SCH23390), DA-D2R (raclopride) or non-selective dopamine DA-D2R (haloperidol). Also the VTA has been destroyed by ibotenic acid. The pressor response induced by senktide and the anti-hypertensive response induced by SB222200 or R-820 were more pronounced by intra-VTA. These responses were prevented by pre-treatment with raclopride and haloperidol. The lesion of the VTA has prevented the pressor response relayed by senktide (i.c.v.) and the anti-hypertensive effect of R-820 (i.c.v.). In addition, SB222200 (intra-VTA) prevented the pressor response of senktide (i.c.v.) and conversely, senktide (i.c.v.) prevented the antihypertensive effect of SB222200 (intra-VTA). The second study (article # 2) showed that the B1R antagonist (SSR240612) administered by gavage or i.c.v. reverses hypertension in both models. This anti-hypertensive effect was prevented by raclopride and haloperidol. In contrast, the two B1R antagonists (R-715 and R-954) injected s.c., which do not cross the blood-brain barrier reduced weakly blood pressure in hypertensive rats. In the third study (article # 3), the i.c.v. injection of a selective kinin B1R agonist Sar[DPhe8][des-Arg9]BK caused behavioural responses in SHR and Ang II-treated rats and had no effect in control WKY rats . The responses elicited by B1R agonist were blocked by an antagonist of NK-1 (RP67580), an antagonist of NMDA glutamate receptor (DL-AP5), an inhibitor of nitric oxide synthase (NOS) (L -NNA) as well as raclopride and SCH23390.The responses were modestly affected by the inhibitor of inducible NOS (iNOS). The B1R mRNA (measured by RT-PCR) was significantly increased in the hypothalamus, the VTA and the nucleus accumbens of hypertensive animals (SHR and treated with Ang II) compared with control rats. These neuropharmacological studies suggest that: (1) the NK-3R from the VTA is involved in the maintenance of hypertension in SHR by increasing DA transmission in the midbrain; (2) the B1R in SHR and Ang II-treated rats contributes to hypertension via a central mechanism involving DA-D2R; (3) the central B1R increases locomotor activity and nocifensive behaviours via the release of substance P (NK-1), DA and nitric oxide in both rat models of hypertension. Thus, the brain tachykinin NK-3R and kinin B1R represent potential therapeutic targets for the treatment of hypertension. The modulation of the mesolimbic/mesocortical dopaminergic pathway by these receptors suggests their involvement in other physiological functions (pleasure, motor activity, coordination of the response to stress) and pathophysiology (anxiety, depression).

Sleep spindle activity in children with ADHD

Le trouble du déficit de l’attention/hyperactivité (TDA/H) est le désordre du comportement le plus commun chez les enfants. Les études suggèrent qu'un pourcentage élevé d'enfants atteints de TDA/H souffre de problèmes de sommeil et de somnolence diurne. Le mécanisme sous-jacent à ces difficultés demeure inconnu. Plusieurs études ont suggéré que les fuseaux de sommeil jouent un rôle dans les mécanismes de protection du sommeil. L'objectif de cette étude est de comparer les fuseaux lents (11-13 Hz) et rapides (14-15 Hz) chez des enfants atteints du TDA/H et des sujets contrôles. Nous prévoyons que comparativement aux enfants contrôles, les enfants atteints du TDA/H montreront une plus faible densité des fuseaux lents et rapides, et auront des fuseaux plus courts (sec), moins amples (uV) et plus rapides (cycle/sec). Enfin, nous prévoyons que ces effets seront plus prononcés dans les dérivations cérébrales antérieures que dans les dérivations plus postérieures du cerveau. Les enregistrements polysomnographiques (PSG) du sommeil de nuit ont été menés chez 18 enfants diagnostiqués avec le TDA/H et chez 26 sujets témoins âgés entre 7 et 11 ans. Un algorithme automatique a permis de détecter les fuseaux lents et rapides sur les dérivations frontales, centrales, pariétales et occipitales. Les résultats ont montré que, les caractéristiques PSG du sommeil ne différaient pas significativement entre les deux groupes. On ne note aucune différence significative entre les groupes sur nombre/densité des fuseaux lents et rapides ainsi que sur leurs caractéristiques respectives. Cette étude suggère que les mécanismes de synchronisation du l'EEG en sommeil lent, tel que mesuré par la densité et les caractéristiques des fuseaux lents et rapides en sommeil lent ne différent pas chez les enfants atteints du TDA/H.

Improvements in Fermentative Hydrogen Production through Physiological Manipulation and Metabolic Engineering

La production biologique d'hydrogène (H2) représente une technologie possible pour la production à grande échelle durable de H2 nécessaire pour l'économie future de l'hydrogène. Cependant, l'obstacle majeur à l'élaboration d'un processus pratique a été la faiblesse des rendements qui sont obtenus, généralement autour de 25%, bien en sous des rendements pouvant être atteints pour la production de biocarburants à partir d'autres processus. L'objectif de cette thèse était de tenter d'améliorer la production d'H2 par la manipulation physiologique et le génie métabolique. Une hypothèse qui a été étudiée était que la production d'H2 pourrait être améliorée et rendue plus économique en utilisant un procédé de fermentation microaérobie sombre car cela pourrait fournir la puissance supplémentaire nécessaire pour une conversion plus complète du substrat et donc une production plus grande d'H2 sans l'aide de l'énergie lumineuse. Les concentrations optimales d’O2 pour la production de H2 microaérobie ont été examinées ainsi que l'impact des sources de carbone et d'azote sur le processus. La recherche présentée ici a démontré la capacité de Rhodobacter capsulatus JP91 hup- (un mutant déficient d’absorption-hydrogénase) de produire de l'H2 sous condition microaérobie sombre avec une limitation dans des quantités d’O2 et d'azote fixé. D'autres travaux devraient être entrepris pour augmenter les rendements d'H2 en utilisant cette technologie. De plus, un processus de photofermentation a été créé pour améliorer le rendement d’H2 à partir du glucose à l'aide de R. capsulatus JP91 hup- soit en mode non renouvelé (batch) et / ou en conditions de culture en continu. Certains défis techniques ont été surmontés en mettant en place des conditions adéquates de fonctionnement pour un rendement accru d'H2. Un rendement maximal de 3,3 mols de H2/ mol de glucose a été trouvé pour les cultures en batch tandis que pour les cultures en continu, il était de 10,3 mols H2/ mol de glucose, beaucoup plus élevé que celui rapporté antérieurement et proche de la valeur maximale théorique de 12 mols H2/ mol de glucose. Dans les cultures en batch l'efficacité maximale de conversion d’énergie lumineuse était de 0,7% alors qu'elle était de 1,34% dans les cultures en continu avec un rendement de conversion maximum de la valeur de chauffage du glucose de 91,14%. Diverses autres approches pour l'augmentation des rendements des processus de photofermentation sont proposées. Les résultats globaux indiquent qu'un processus photofermentatif efficace de production d'H2 à partir du glucose en une seule étape avec des cultures en continu dans des photobioréacteurs pourrait être développé ce qui serait un processus beaucoup plus prometteur que les processus en deux étapes ou avec les co-cultures étudiés antérieurément. En outre, l'expression hétérologue d’hydrogenase a été utilisée comme une stratégie d'ingénierie métabolique afin d'améliorer la production d'H2 par fermentation. La capacité d'exprimer une hydrogénase d'une espèce avec des gènes de maturation d'une autre espèce a été examinée. Une stratégie a démontré que la protéine HydA orpheline de R. rubrum est fonctionnelle et active lorsque co-exprimée chez Escherichia coli avec HydE, HydF et HydG provenant d'organisme différent. La co-expression des gènes [FeFe]-hydrogénase structurels et de maturation dans des micro-organismes qui n'ont pas une [FeFe]-hydrogénase indigène peut entraîner le succès dans l'assemblage et la biosynthèse d'hydrogénase active. Toutefois, d'autres facteurs peuvent être nécessaires pour obtenir des rendements considérablement augmentés en protéines ainsi que l'activité spécifique des hydrogénases recombinantes. Une autre stratégie a consisté à surexprimer une [FeFe]-hydrogénase très active dans une souche hôte de E. coli. L'expression d'une hydrogénase qui peut interagir directement avec le NADPH est souhaitable car cela, plutôt que de la ferrédoxine réduite, est naturellement produit par le métabolisme. Toutefois, la maturation de ce type d'hydrogénase chez E. coli n'a pas été rapportée auparavant. L'opéron hnd (hndA, B, C, D) de Desulfovibrio fructosovorans code pour une [FeFe]-hydrogénase NADP-dépendante, a été exprimé dans différentes souches d’E. coli avec les gènes de maturation hydE, hydF et hydG de Clostridium acetobutylicum. L'activité de l'hydrogénase a été détectée in vitro, donc une NADP-dépendante [FeFe]-hydrogénase multimérique active a été exprimée avec succès chez E. coli pour la première fois. Les recherches futures pourraient conduire à l'expression de cette enzyme chez les souches de E. coli qui produisent plus de NADPH, ouvrant la voie à une augmentation des rendements d'hydrogène via la voie des pentoses phosphates.

Cholinergic enhancement of perceptual learning : behavioral, physiological, and neuro-pharmacological study in the rat primary visual cortex

Les cortices sensoriels sont des régions cérébrales essentielles pour la perception. En particulier, le cortex visuel traite l’information visuelle en provenance de la rétine qui transite par le thalamus. Les neurones sont les unités fonctionnelles qui transforment l'information sensorielle en signaux électriques, la transfèrent vers le cortex et l'intègrent. Les neurones du cortex visuel sont spécialisés et analysent différents aspects des stimuli visuels. La force des connections entre les neurones peut être modulée par la persistance de l'activité pré-synaptique et induit une augmentation ou une diminution du signal post-synaptique à long terme. Ces modifications de la connectivité synaptique peuvent induire la réorganisation de la carte corticale, c’est à dire la représentation de ce stimulus et la puissance de son traitement cortical. Cette réorganisation est connue sous le nom de plasticité corticale. Elle est particulièrement active durant la période de développement, mais elle s’observe aussi chez l’adulte, par exemple durant l’apprentissage. Le neurotransmetteur acétylcholine (ACh) est impliqué dans de nombreuses fonctions cognitives telles que l’apprentissage ou l’attention et il est important pour la plasticité corticale. En particulier, les récepteurs nicotiniques et muscariniques du sous-type M1 et M2 sont les récepteurs cholinergiques impliqués dans l’induction de la plasticité corticale. L’objectif principal de la présente thèse est de déterminer les mécanismes de plasticité corticale induits par la stimulation du système cholinergique au niveau du télencéphale basal et de définir les effets sur l’amélioration de la perception sensorielle. Afin d’induire la plasticité corticale, j’ai jumelé des stimulations visuelles à des injections intracorticales d’agoniste cholinergique (carbachol) ou à une stimulation du télencéphale basal (neurones cholinergiques qui innervent le cortex visuel primaire). J'ai analysé les potentiels évoqués visuels (PEVs) dans le cortex visuel primaire des rats pendant 4 à 8 heures après le couplage. Afin de préciser l’action de l’ACh sur l’activité des PEVs dans V1, j’ai injecté individuellement l’antagoniste des récepteurs muscariniques, nicotiniques, α7 ou NMDA avant l’infusion de carbachol. La stimulation du système cholinergique jumelée avec une stimulation visuelle augmente l’amplitude des PEVs durant plus de 8h. Le blocage des récepteurs muscarinique, nicotinique et NMDA abolit complètement cette amélioration, tandis que l’inhibition des récepteurs α7 a induit une augmentation instantanée des PEVs. Ces résultats suggèrent que l'ACh facilite à long terme la réponse aux stimuli visuels et que cette facilitation implique les récepteurs nicotiniques, muscariniques et une interaction avec les récepteur NMDA dans le cortex visuel. Ces mécanismes sont semblables à la potentiation à long-terme, évènement physiologique lié à l’apprentissage. L’étape suivante était d’évaluer si l’effet de l’amplification cholinergique de l’entrée de l’information visuelle résultait non seulement en une modification de l’activité corticale mais aussi de la perception visuelle. J’ai donc mesuré l’amélioration de l’acuité visuelle de rats adultes éveillés exposés durant 10 minutes par jour pendant deux semaines à un stimulus visuel de type «réseau sinusoïdal» couplé à une stimulation électrique du télencéphale basal. L’acuité visuelle a été mesurée avant et après le couplage des stimulations visuelle et cholinergique à l’aide d’une tâche de discrimination visuelle. L’acuité visuelle du rat pour le stimulus d’entrainement a été augmentée après la période d’entrainement. L’augmentation de l’acuité visuelle n’a pas été observée lorsque la stimulation visuelle seule ou celle du télencéphale basal seul, ni lorsque les fibres cholinergiques ont été lésées avant la stimulation visuelle. Une augmentation à long terme de la réactivité corticale du cortex visuel primaire des neurones pyramidaux et des interneurones GABAergiques a été montrée par l’immunoréactivité au c-Fos. Ainsi, lorsque couplé à un entrainement visuel, le système cholinergique améliore les performances visuelles pour l’orientation et ce probablement par l’optimisation du processus d’attention et de plasticité corticale dans l’aire V1. Afin d’étudier les mécanismes pharmacologiques impliqués dans l’amélioration de la perception visuelle, j’ai comparé les PEVs avant et après le couplage de la stimulation visuelle/cholinergique en présence d’agonistes/antagonistes sélectifs. Les injections intracorticales des différents agents pharmacologiques pendant le couplage ont montré que les récepteurs nicotiniques et M1 muscariniques amplifient la réponse corticale tandis que les récepteurs M2 muscariniques inhibent les neurones GABAergiques induisant un effet excitateur. L’infusion d’antagoniste du GABA corrobore l’hypothèse que le système inhibiteur est essentiel pour induire la plasticité corticale. Ces résultats démontrent que l’entrainement visuel jumelé avec la stimulation cholinergique améliore la plasticité corticale et qu’elle est contrôlée par les récepteurs nicotinique et muscariniques M1 et M2. Mes résultats suggèrent que le système cholinergique est un système neuromodulateur qui peut améliorer la perception sensorielle lors d’un apprentissage perceptuel. Les mécanismes d’amélioration perceptuelle induits par l’acétylcholine sont liés aux processus d’attention, de potentialisation à long-terme et de modulation de la balance d’influx excitateur/inhibiteur. En particulier, le couplage de l’activité cholinergique avec une stimulation visuelle augmente le ratio de signal / bruit et ainsi la détection de cibles. L’augmentation de la concentration cholinergique corticale potentialise l’afférence thalamocorticale, ce qui facilite le traitement d’un nouveau stimulus et diminue la signalisation cortico-corticale minimisant ainsi la modulation latérale. Ceci est contrôlé par différents sous-types de récepteurs cholinergiques situés sur les neurones GABAergiques ou glutamatergiques des différentes couches corticales. La présente thèse montre qu’une stimulation électrique dans le télencéphale basal a un effet similaire à l’infusion d’agoniste cholinergique et qu’un couplage de stimulations visuelle et cholinergique induit la plasticité corticale. Ce jumelage répété de stimulations visuelle/cholinergique augmente la capacité de discrimination visuelle et améliore la perception. Cette amélioration est corrélée à une amplification de l’activité neuronale démontrée par immunocytochimie du c-Fos. L’immunocytochimie montre aussi une différence entre l’activité des neurones glutamatergiques et GABAergiques dans les différentes couches corticales. L’injection pharmacologique pendant la stimulation visuelle/cholinergique suggère que les récepteurs nicotiniques, muscariniques M1 peuvent amplifier la réponse excitatrice tandis que les récepteurs M2 contrôlent l’activation GABAergique. Ainsi, le système cholinergique activé au cours du processus visuel induit des mécanismes de plasticité corticale et peut ainsi améliorer la capacité perceptive. De meilleures connaissances sur ces actions ouvrent la possibilité d’accélérer la restauration des fonctions visuelles lors d’un déficit ou d’amplifier la fonction cognitive.

STUDIES ON HAEMOLYMPH CONSTITUENTS OF INDOPLANORBIS EXUSTUS (DESHAYES) AND LYMNAEA ACUMINATA (LAMARCK) F.RUFESCENS (GRAY) AND THE EFFECTS OF COPPER ON THE ACTIVITY PATTERN OF SELECTED TRANSAMINASES AND PHOSPHATASES

The problem investigated is on the haematological aspects of two freshwater pulmonate snails, Indoplanorbis exustus (Deshayes),and Lymnaea acuminata f.rufescens (Gray). An important aspect of the present investigation is to emphasize the utilization of freshwater organisms as models for research directed at understanding the basic biomedical problems that remain unresolved. Another aspect is to demonstrate how haemolymph can be treated as a tissue because of late, it has been shown that several parameters of blood can be taken as reliable indicators for diagnostic purposes, and also to monitor environmental pollution. The various haematological parameters studied are total haemocyte number,packed cell volume, haemoglobin, and inorganic as well organic constituents in three size groups of both the snail species. The effect of copper toxicity was measured in terms of total haemocyte count, and the activity pattern of selected phosphatases and transaminases.The study concluded that enzyme activity levels can be taken as reliable indicators to monitor pollution. Age is a factor that determines several of the physiological, biochemical and metabolic activities. This study also indicates that haemolymph can be taken as an organ system to study the various changes taking place at organ systems levels.

STUDIES ON HAEMOLYMPH CONSTITUENTS OF PILA VIRENS (LAMARCK) AND THE EFFECTS OF PESTICIDES ON THE ACTIVITY PATTERN OF SELECTED ENZYMES

The present study is an attempt to understand the physiological responses of a freshwater gastropod, in terms of haematological parameters, in normal conditions as well as in various natural and man made altered conditions of the environment.Pila virens, a freshwater prosobranch,commonly found in paddy fields, ponds, and streams of Kerala is selected as the test animal for the present investigation. Various haemolymph constituents such as total carbohydrate, glycogen, total protein, total lipid, urea,ammonia,sodium,potasium, calcium, and chloride which are directly involved in the control and maintenance of different physiological systems, were analysed in the present study. Selected haematological parameters like total haemocyte number, and packed cell volume were also determined. Besides , the activity pattern of selected haemolymph enzymes such as acid phosphatase (ACP), alkaline phosphatase (ALP),Glutamate-oxaloacetate transaminase (GOT), and glutamate-pyruvate transaminase (GPT), all having diagnostic value in terms of internal defence system and metabolism of the organism, were also studied.

Studies on the effect of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in the life and activity of Perna spp

In the present study an endeavour has been made to analyse the acute toxicity of WAFs of Bombay High crude and Light Diesel oil on commercially important bivalve species Perna viridis and Perna indica by static bioassay methods. The toxic effects of chemicals in the WAF on the organisms ; their tissues and eventually on rate functions have been elucidated. Marine oil pollution not only affects productivity and quality of marine organisms but also eventually affects the health of human population due to a possible health risk by way of consumption of oil contaminated seafood

Physiological analysis of central and peripheral insect circadian pacemaker neurons

Alle bisher untersuchten Lebewesen besitzen (circadiane) innere Uhren, die eine endogene Perioden-länge von ungefähr 24 Stunden generieren. Eine innere Uhr kann über Zeitgeber mit der Umwelt synchronisiert werden und ermöglicht dem Organismus, rhythmische Umweltveränderungen vorweg zu nehmen. Neben einem zentralen Schrittmacher, der Physiologie und Verhalten des Organismus steuert, gibt es in unterschiedlichen Organen auch periphere Uhren, die die zeitlichen Abläufe in der spezifischen Funktion dieser Organe steuern. In dieser Arbeit sollten zentrale und periphere Schrittmacherneurone von Insekten physiologisch untersucht und verglichen werden. Die Neurone der akzessorischen Medulla (AME) von Rhyparobia maderae dienten als Modellsystem für zentrale Schrittmacher, während olfaktorische Rezeptorneurone (ORNs) von Manduca sexta als Modellsystem für periphere Schrittmacher dienten. Die zentralen Schrittmacherneurone wurden in extrazellulären Ableitungen an der isolierten AME (Netzwerkebene) und in Patch-Clamp Experimenten an primären AME Zellkulturen (Einzelzellebene) untersucht. Auf Netzwerkebene zeigten sich zwei charakteristische Aktivitätsmuster: regelmäßige Aktivität und Wechsel zwischen hoher und niedriger Aktivität (Oszillationen). Es wurde gezeigt, dass Glutamat ein Neurotransmitter der weitverbreiteten inhibitorischen Synapsen der AME ist, und dass in geringem Maße auch exzitatorische Synapsen vorkommen. Das Neuropeptid pigment-dispersing factor (PDF), das von nur wenigen AME Neuronen exprimiert wird und ein wichtiger Kopplungsfaktor im circadianen System ist, führte zu Hemmungen, Aktivierungen oder Oszillationen. Die Effekte waren transient oder langanhaltend und wurden wahrscheinlich durch den sekundären Botenstoff cAMP vermittelt. Ein Zielmolekül von cAMP war vermutlich exchange protein directly activated by cAMP (EPAC). Auf Einzelzellebene wurde gezeigt, dass die meisten AME Neurone depolarisiert waren und deshalb nicht feuerten. Die Analyse von Strom-Spannungs-Kennlinien und pharmakologische Experimente ergaben, dass unterschiedliche Ionenkanäle vorhanden waren (Ca2+, Cl-, K+, Na+ Kanäle sowie nicht-spezifische Kationenkanäle). Starke, bei hohen Spannungen aktivierende Ca2+ Ströme (ICa) könnten eine wichtige Rolle bei Ca2+-abhängiger Neurotransmitter-Ausschüttung, Oszillationen, und Aktionspotentialen spielen. PDF hemmte unterschiedliche Ströme (ICa, IK und INa) und aktivierte nicht-spezifische Kationenströme (Ih). Es wurde angenommen, dass simultane PDF-abhängige Hyper- und Depolarisationen rhythmische Membranpotential-Oszillationen verursachen. Dieser Mechanismus könnte eine Rolle bei PDF-abhängigen Synchronisationen spielen. Die Analyse peripherer Schrittmacherneurone konzentrierte sich auf die Charakterisierung des olfaktorischen Corezeptors von M. sexta (MsexORCO). In anderen Insekten ist ORCO für die Membran-Insertion von olfaktorischen Rezeptoren (ORs) erforderlich. ORCO bildet Komplexe mit den ORs, die in heterologen Expressionssystemen als Ionenkanäle fungieren und Duft-Antworten vermitteln. Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass MsexORCO in pheromonsensitiven ORNs in vivo nicht als Teil eines ionotropen Rezeptors sondern als Schrittmacherkanal fungiert, der unterschwellige Membranpotential-Oszillationen generiert. MsexORCO wurde mit vermeintlichen Pheromonrezeptoren in human embryonic kidney (HEK 293) Zellen coexprimiert. Immuncytochemie und Ca2+ Imaging Experimente zeigten sehr schwache Expressionsraten. Trotzdem war es möglich zu zeigen, dass MsexORCO wahrscheinlich ein spontan-aktiver, Ca2+-permeabler Ionenkanal ist, der durch den ORCO-Agonisten VUAA1 und cyclische Nucleotide aktiviert wird. Außerdem wiesen die Experimente darauf hin, dass MsexOR-1 offensichtlich der Bombykal-Rezeptor ist. Eine weitere Charakterisierung von MsexORCO in primären M. sexta ORN Zellkulturen konnte nicht vollendet werden, weil die ORNs nicht signifikant auf ORCO-Agonisten oder -Antagonisten reagierten.

Molecular, cellular and physiological investigation of myostatin propeptide-mediated muscle growth in adult mice

Inhibition of myostatin signalling or its biological activity has recently emerged as a potential remedial approach against muscle wasting and degenerative diseases such as muscular dystrophies. In the present study we systemically administered a recombinant AAV8 vector expressing a mutated myostatin propeptide (AAV8ProMyo) to healthy mice in order to assess its impact on the histological, cellular and physiological properties of the skeletal muscle, exploiting the fact that myostatin is naturally inhibited by its own propeptide. We report that a single intravenous administration of AAV8ProMyo leads to increases in muscle mass of tibialis anterior, extensor digitorum longus and gastrocnemius muscles 8 weeks post-injection and tibialis anterior, gastrocnemius and rectus femoris muscles 17 weeks post-injection. Moreover, treatment resulted in muscle fibre hypertrophy but not hyperplasia, with IIB myofibres responding to the greatest extent following propeptide-induced myostatin inhibition. Additionally, myofibre nuclear: cytoplasmic ratio was decreased in the AAV8ProMyo treated animals. Importantly, the hypertrophic EDL muscle 8 weeks after AAV8ProMyo treatment did not show the dramatic decrease in specific force displayed by the germline myostatin null mice. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.