Metabolic and respiratory effects of infused sodium acetate in healthy human subjects.

The metabolic and respiratory effects of intravenous 0.5 M sodium acetate (at a rate of 2.5 mmol/min during 120 min) were studied in nine normal human subjects. O2 consumption (VO2) and CO2 production (VCO2) were measured continuously by open-circuit indirect calorimetry. VO2 increased from 251 +/- 9 to 281 +/- 9 ml/min (P < 0.001), energy expenditure increased from 4.95 +/- 0.17 kJ/min baseline to 5.58 +/- 0.16 kJ/min (P < 0.001), and VCO2 decreased nonsignificantly (211 +/- 7 ml/min vs. 202 +/- 7 ml/min, NS). The extrapulmonary CO2 loss (i.e., bicarbonate generation and excretion) was estimated at 48 +/- 5 ml/min. This observation is consistent with 1 mol of bicarbonate generated from 1 mol of acetate metabolized. Alveolar ventilation decreased from 3.5 +/- 0.2 l/min basal to 3.1 +/- 0.2 l/min (P < 0.001). The minute ventilation (VE) to VO2 ratio decreased from 22.9 +/- 1.3 to 17.6 +/- 0.9 l/l (P < 0.005), arterial PO2 decreased from 93.2 +/- 1.9 to 78.7 +/- 1.6 mmHg (P < 0.0001), arterial PCO2 increased from 39.2 +/- 0.7 to 42.1 +/- 1.1 mmHg (P < 0.0001), pH from 7.40 +/- 0.005 to 7.50 +/- 0.007 (P < 0.005), and arterial bicarbonate concentration from 24.2 +/- 0.7 to 32.9 +/- 1.1 (P < 0.0001). These observations indicate that sodium acetate infusion results in substantial extrapulmonary CO2 loss, which leads to a relative decrease of total and alveolar ventilation.

Optimal slopes and speeds in uphill ski mountaineering: a laboratory study.

The purpose of this study was to estimate the energy cost of linear (EC) and vertical displacement (ECvert), mechanical efficiency and main stride parameters during simulated ski mountaineering at different speeds and gradients, to identify an optimal speed and gradient that maximizes performance. 12 subjects roller skied on a treadmill at three different inclines (10, 17 and 24 %) at three different speeds (approximately 70, 80 and 85 % of estimated peak heart rate). Energy expenditure was calculated by indirect calorimetry, while biomechanical parameters were measured with an inertial sensor-based system. At 10 % there was no significant change with speed in EC, ECvert and mechanical efficiency. At 17 and 24 % the fastest speed was significantly more economical. There was a significant effect of gradient on EC, ECvert and mechanical efficiency. The most economical gradient was the steepest one. There was a significant increase of stride frequency with speed. At steep gradients only, relative thrust phase duration decreased significantly, while stride length increased significantly with speed. There was a significant effect of gradient on stride length (decrease with steepness) and relative thrust phase duration (increase with steepness). A combination of a decreased relative thrust phase duration with increased stride length and frequency decreases ECvert. To minimize the energy expenditure to reach the top of a mountain and to optimize performance, ski-mountaineers should choose a steep gradient (~24 %) and, provided they possess sufficient metabolic scope, combine it with a fast speed (~6 km h(-1)).

The effect of social condition and diet on the frequency of male-male agonistic displays in the field cricket, gryllus bimaculatus /

The frequency and type of agonistic displays involved in male-male encounters should be significantly influenced by the presence of females. Discrete agonistic displays vary in energy expenditure and risk, and therefore should be dependent on available resources. The influence of live females and the scent of females, on the frequency of male agonistic displays was observed in a laboratory terrarium using the field cricket Gryllus bimaculatus. The effect of energy constraints on display frequency was also determined. Half the males were fed a diet high in protein and fet; the other males were fed a lower quality diet, for a 7-11 day period. The frequency of five individual displays and mating frequency were recorded using an Event Recorder and notebook. Each group of males was presented with three experimental conditions, over three days, involving the presence or absence of live females and female scent. The presence of females elicited an increase in all displays except antennation; female scent increased the frequency of antennations, mandible flares and grapples, but to a lesser extent than did live females. The frequency of grapples significantly increased for males fed the high quality diet; however diet did not influence the other displays. The combined influence of diet and condition was significant for mandible flare only. Mating frequency was not influenced by diet. However, the frequency ofthe displays were positively correlated with mating frequency for high quality fed males. Escalated displays involving high costs, such as grapple and mandible flare, increased in frequency when the benefits of winning contests were high in G.bimaculatus. Escalation to grapple behaviour was less evident for males fed the lower quality diet as this imposed energy constraints on high cost displays.

Level and precision of behavioural thermoregulation in the bearded dragon, Pogona vitticeps : effects of hypoxia and environmental thermal quality /

Most metabolic functions are optimized within a narrow range of body temperatures, which is why thermoregulation is of great importance for the survival and overall fitness of an animal. It has been proposed that lizards will thermoregulate less precisely in low thermal quality environments, where the costs associated with thermoregulation are high; in the case of lizards, whose thermoregulation is mainly behavioural, the primary costs ofthermoregulation are those derived from locomotion. Decreasing thermoregulatory precision in costly situations is a strategy that enhances fitness by allowing lizards to be more flexible to changing environmental conditions. It allows animals to maximize the benefits of maintaining a relatively high body temperature while minimizing energy expenditure. In situations where oxygen concentration is low, the costs of thermoregulation are relatively high (i.e. in relation to the amount of oxygen available for metabolic functions). As a result, it is likely that exposures to hypoxic conditions induce a decrease in the precision of thermoregulation. This study evaluated the effects of hypoxia and low environmental thermal quality, two energetically costly conditions, on the precision and level of thermoregulation in the bearded dragon, Pogona vitticeps, in an electronic temperature-choice shuttle box. Four levels of hypoxia (1O, 7, 5 and 4% 02) were tested. Environmental thermal quality was manipulated by varying the rate of temperature change (oTa) in an electronic temperature-choice shuttle box. Higher oT a's translate into more thermally challenging environments, since under these conditions the animals are forced to move a greater number of times (and hence invest more energy in locomotion) to maintain similar temperatures than at lower oTa's. In addition, lizards were tested in an "extreme temperatures" treatment during which air temperatures of the hot and cold compartments of the shuttle box were maintained at a constant 50 and 15°C respectively. This was considered the most thermally challenging environment. The selected ambient (T a) and internal body temperatures (Tb) of bearded dragons, as well as the thermoregulatory precision (measured by the central 68% ofthe Ta and T b distribution) were evaluated. The thermoregulatory response was similar to both conditions. A significant increase in the size of the Tb range, reflecting a decrease in thermoregulatory precision, and a drop in preferred body temperature of ~2 °C, were observed at both 4% oxygen and at the environment of lowest thermal quality. The present study suggests that in energetically costly situations, such as the ones tested in this study, the bearded dragon reduces energy expenditure by decreasing preferred body temperature and minimizing locomotion, at the expense of precise behavioural thermoregulation. The close similarity of the behavioural thermoregulatory response to two very different stimuli suggests a possible common mechanism and neuronal pathway to the thermoregulatory response.

Effects of dietary restraint and oral contraceptives on bone strength and bone turnover in young women

ABSTRACT Introduction The purpose of this study was to assess specific osteoporosis-related health behaviours and physiological outcomes including daily calcium intake, physical activity levels, bone strength, as assessed by quantitative ultrasound, and bone turnover among women between the ages of 18 and 25. Respective differences on relevant study variables, based on dietary restraint and oral contraceptive use were also examined. Methods One hundred women (20.6 ± 0.2 years of age) volunteered to participate in the study. Informed written consent was obtained by all subjects prior to participation. The study and all related procedures were approved by the Brock University Research Ethics Board. Body mass, height, relative body fat, as well as chest, waist and hip circumferences were measured using standard procedures. The 10-item restrained eating subscale of the Dutch Eating Behaviour Questionnaire (DEBQ) was used to assess dietary restraint (van Strien et al., 1986). Daily calcium intake was assessed by the Rapid Assessment Method (RAM) (Hertzler & Frary 1994). Weekly physical activity was documented by the 4-item Godin Leisure-Time Exercise Questionnaire (Godin & Shephard 1985). Bone strength was determined from the speed of sound (SOS) as measured by QUS (Sunlight 7000S). SOS measurements (m/s) were taken of the dominant and non-dominant sides of the distal one third of the radius and the mid-shaft of the tibia. Resting blood samples were collected from all subjects between 9am and 12pm, in order to evaluate the impact of lifestyle factors on biochemical markers of bone turnover. Blood was collected during the early follicular phase of the menstrual cycle (approximately days 1-5) for all subjects. Samples were centrifliged and the serum or plasma was aliquoted into separate tubes and stored at -80°C until analysis. The bone formation markers measured were Osteocalcin (OC), bone specific alkaline phosphatase (BAP) and 25-OH vitamin D. The bone resorption markers measured were the carboxy (CTx) and amino (NTx) terminal telopeptides of type-I collagen crosslinks. All markers were assessed by ELISA. Subjects were divided into high (HDR) and low dietary restrainers (LDR) based on the median DEBQ score, and also into users (BC) and non-users (nBC) of oral contraceptives. A series of multiple one way ANOVA's were then conducted to identify differences between each set of groups for all relevant variables. A two-way ANOVA analysis was used to explore significant interactions between dietary restraint and use of oral contraceptives while a univariate follow-up analysis was also performed when appropriate. Pearson Product Moment Correlations were used to determine relationships among study variables. Results HDR had significantly higher BMI, %BF and circumference measures but lower daily calcium intake than LDR. There were no significant differences in physical activity levels between HDR and LDR. No significant differences were found between BC and nBC in body composition, calcium intake and physical activity. HDR had significantly lower tibial SOS scores than LDR in both the dominant and non-dominant sites. The post-hoc analysis showed that within the non-birth control group, the HDR had significantly lower tibial SOS scores of bone strength when compared to the LDR but Aere were no significant differences found between the two dietary restraint groups for those currently on birth control. HDR had significantly lower levels of OC than LDR and the BC group had lower levels of BAP than the nBC group. Consistently, the follow-up analysis revealed that within those not on birth control, subjects who were classified as HDR had significantly (f*<0.05) lower levels of OC when compared with LDR but no significant differences were observed in bone turnover between the two dietary restraint groups for those currently on birth control. Physical activity was not correlated with SOS scores and bone turnover markers possibly due to the low physical activity variability in this group of women. Conclusion This is the first study to examine the effects of dietary restraint on bone strength and turnover among this population of women. The most important finding of this study was that bone strength and turnover are negatively influenced by dietary restraint independent of relative body fat. In general, the results of the present thesis suggest that dietary restraint, oral contraceptive use, as well as low daily calcium intake and low physical activity levels were widespread behaviours among this population of college-aged women. The young women who were using dietary restraint as a strategy to lose weight, and thus were in the HDR group, despite their higher relative body fat and weight, had lower scores of bone strength and lower levels of markers of bone turnover compared to the low dietary restrainers. Additionally, bone turnover seemed to be negatively affected by oral contraceptives, while bone strength, as assessed by QUS, seemed unaffected by their use in this population of young women. Physical activity (weekly energy expenditure), on the other hand, was not associated with either bone strength or bone tiimover possibly due to the low variability of this variable in this population of young Canadian women.

Physical activity of children with developmental coordination disorder in the presence of attention deficit hyperactivity disorder : does gender matter?

Baerg, S., Cairney, J., Hay, J., Rempel, L. and Faught, B.E. (2009). Physical Activity of Children with Developmental Coordination Disorder in the Presence of Attention Deficit Hyperactivity Disorder: Does Gender Matter? Brock University, St. Catharines, Ontario, CANADA. Children with Developmental Coordination Disorder (DCD) have difficulties in motor coordination. Attention-deficit hyperactive disorder (ADHD) is considered the condition most co-morbid with DCD at approximately 50%. Children with DCD are generally less physically active (PA) than their peers, while children with ADHD are often considered more physically active. It is not known if the physical activity patterns of children with DCD-ADHD resemble those of children with primarily DCD or that of their healthy peers. The primary objective of this research was to contrast physical activity patterns between children with DCD, DCD-ADHD, and healthy controls. Since boys are generally reported as more physically active than girls, a secondary objective was to determine if gender moderated the association between groups and physical activity. A sample of males (n=66) and females (n=44) were recruited from the Physical Health Activity Study Team (PHAST) longitudinal study. The Movement Assessment Battery for Children (2nd Ed.) was used to identify probable cases of DCD, and Connor's Revised Parent Rating Scale- Short Version to identify ADHD. Subjects (mean age=12.8±.4 yrs) were allocated to three groups; DCD (n=32), DCD-ADHD (n=30) and control (n=48). Physical activity was monitored for seven days with the Actical® accelerometer (activity count, step count and energy expenditure). Children completed the Participation Questionnaire (PQ) during the in-school session of data collection for the PHAST study. Height, weight and body mass index (BMI) were also determined. Analysis of variance showed significant group differences for activity count (F(2,56)=5.36, p=.007) and PQ (F(2,44 )=6. 71, p=.003) in males, while a significant group difference for step count (F(2,37)=3.55, p=.04) was found in females. Post hoc comparison tests (Tukey) identified significantly lower PQ and activity count between males with OCD and controls (p=.004) and males with DCD-ADHD and controls (p=.003). Conversely, females with DCD-ADHD had significantly more step counts than their controls (p=.01). Analysis of covariance demonstrated a gender by DCD groups negative interaction for males (activity count) (F(2,92):;:3.11, p=.049) and a positive interaction for females (step count) (F(1,92)=4.92, p=.009). Hyperactivity in females with DCD-ADHD appears to contribute to more physical activity, whereas DCD may contribute to decreased activity in males with DCD and DCDADHD. Further research is needed to examine gender differences in physical activity within the context of DCD and ADHD.

Physical Activity and Fitness in Children with Developmental Disorder

Introduction: Developmental coordination disorder (DCD) is a prevalent condition characterized by poor motor proficiency that interferes with a child‟s activities of daily living. Children with DCD often experience compromised health-related fitness components such as cardiorespiratory fitness (CRF). Purpose: To better understand the physical activity and fitness characteristics of children with probable DCD (pDCD), with a particular focus on CRF. Specifically: (1) to present a synopsis of current literature; (2) to determine the longitudinal trajectories of CRF; (3) to compare the submaximal CRF of children with and without pDCD. Methods: A comprehensive, systematic literature review was conducted of the recent available data on fitness and physical activity and pDCD (Chapter 2). This review provided the background for the other two studies included in this thesis. In Chapter 3, a prospective cohort design was used to assess how CRF in children with pDCD changes over time (56 months) relative to a group of typically developing controls. Using a nested-case control design, 63 subjects with pDCD and 63 matched controls from the larger sample were recruited to participate in the lab-based component of the study (Chapter 4). In this investigation CRF was examined using the oxygen cost of work (VO2) during an incremental test on a cycle ergometer. Results: The literature review showed that fitness parameters, including CRF and physical activity levels, were consistently reduced in children with pDCD. Chapter 3 demonstrated that the difference in CRF between children with pDCD and typically developing children is substantial, and that it tends to increase over time. Results from VO2 assessments showed that children with pDCD utilized more oxygen to sustain the same submaximal workloads compared to typically developing children. Conclusions: Findings from this thesis have made several important contributions to our understanding of children with pDCD. Since differences in CRF between children with and without pDCD tend to worsen over time, this adds to the argument that interventions intended to improve CRF may be appropriate for children with motor difficulties. This thesis also presented the first evidence suggesting that DCD involves higher energy expenditure, and could help explain why children with pDCD perform poorly on tasks requiring CRF.

Unpacking Pieces of a Puzzle: Understanding Obesity-Related Health Risk through Lifestyle Behaviours and Well-Being

The primary objective of this non-experimental study was to examine the differences based on obesity-related health risk in terms of physical activity, sedentary behaviour and well-being in adults. Participants (N = 50; Mage = 38.50, SDage = 14.21) were asked to wear a SenseWear Armband (SWA) across a seven day monitoring period followed by a questionnaire package. Using the National Institute of Health’s (1998) criteria, participants were classified as either least, increased, or high risk based on waist circumference and Body Mass Index scores. Differences between these classifications were found in the amount of time spent in active energy expenditure for bouts of ten minutes or more (p = .002); specifically between least and high risk (p < .05). No other differences (p > .05) emerged. Participants’ also perceived the SWA as a practical and worthwhile device. Overall, these findings provide practical applications and future directions for health promotional research.

Impact de l'haploinsuffisance du gène Sim1 sur le développement et la fonction du noyau paraventriculaire de l'hypothalamus

L’obésité provient d’un déséquilibre de l’homéostasie énergétique, c’est-à-dire une augmentation des apports caloriques et/ou une diminution des dépenses énergétiques. Plusieurs données, autant anatomiques que physiologiques, démontrent que l’hypothalamus est un régulateur critique de l’appétit et des dépenses énergétiques. En particulier, le noyau paraventriculaire (noyau PV) de l’hypothalamus intègre plusieurs signaux provenant du système nerveux central (SNC) et/ou de la périphérie, afin de contrôler l’homéostasie énergétique via des projections axonales sur les neurones pré-ganglionnaires du système autonome situé dans le troc cérébral et la moelle épinière. Plusieurs facteurs de transcription, impliqués dans le développement du noyau PV, ont été identifiés. Le facteur de transcription SIM1, qui est produit par virtuellement tous les neurones du noyau PV, est requis pour le développement du noyau PV. En effet, lors d’une étude antérieure, nous avons montré que le noyau PV ne se développe pas chez les souris homozygotes pour un allèle nul de Sim1. Ces souris meurent à la naissance, probablement à cause des anomalies du noyau PV. Par contre, les souris hétérozygotes survivent, mais développent une obésité précoce. De façon intéressante, le noyau PV des souris Sim1+/- est hypodéveloppé, contenant 24% moins de cellules. Ces données suggèrent fortement que ces anomalies du développement pourraient perturber le fonctionnement du noyau PV et contribuer au développement du phénotype d’obésité. Dans ce contexte, nous avons entrepris des travaux expérimentaux ayant pour but d’étudier l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur : 1) le développement du noyau PV et de ses projections neuronales efférentes; 2) l’homéostasie énergétique; et 3) les voies neuronales physiologiques contrôlant l’homéostasie énergétique chez les souris Sim1+/-. A cette fin, nous avons utilisé : 1) des injections stéréotaxiques combinées à des techniques d’immunohistochimie afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur le développement du noyau PV et de ses projections neuronales efférentes; 2) le paradigme des apports caloriques pairés, afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur l’homéostasie énergétique; et 3) une approche pharmacologique, c’est-à-dire l’administration intra- cérébroventriculaire (i.c.v.) et/ou intra-péritonéale (i.p.) de peptides anorexigènes, la mélanotane II (MTII), la leptine et la cholécystokinine (CCK), afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur les voies neuronales contrôlant l’homéostasie énergétique. Dans un premier temps, nous avons constaté une diminution de 61% et de 65% de l’expression de l’ARN messager (ARNm) de l’ocytocine (Ot) et de l’arginine-vasopressine (Vp), respectivement, chez les embryons Sim1+/- de 18.5 jours (E18.5). De plus, le nombre de cellules produisant l’OT et la VP est apparu diminué de 84% et 41%, respectivement, chez les souris Sim1+/- adultes. L’analyse du marquage axonal rétrograde des efférences du noyau PV vers le tronc cérébral, en particulier ses projections sur le noyau tractus solitaire (NTS) aussi que le noyau dorsal moteur du nerf vague (X) (DMV), a permis de démontrer une diminution de 74% de ces efférences. Cependant, la composition moléculaire de ces projections neuronales reste inconnue. Nos résultats indiquent que l’haploinsuffisance de Sim1 : i) perturbe spécifiquement le développement des cellules produisant l’OT et la VP; et ii) abolit le développement d’une portion importante des projections du noyau PV sur le tronc cérébral, et notamment ses projections sur le NTS et le DMV. Ces observations soulèvent donc la possibilité que ces anomalies du développement du noyau PV contribuent au phénotype d’hyperphagie des souris Sim1+/-. En second lieu, nous avons observé que la croissance pondérale des souris Sim1+/- et des souris Sim1+/+ n’était pas significativement différente lorsque la quantité de calories présentée aux souris Sim1+/- était la même que celle consommée par les souris Sim1+/+. De plus, l’analyse qualitative et quantitative des tissus adipeux blancs et des tissus adipeux bruns n’a démontré aucune différence significative en ce qui a trait à la taille et à la masse de ces tissus chez les deux groupes. Finalement, au terme de ces expériences, les souris Sim1+/--pairées n’étaient pas différentes des souris Sim1+/+ en ce qui a trait à leur insulinémie et leur contenu en triglycérides du foie et des masses adipeuses, alors que tous ces paramètres étaient augmentés chez les souris Sim1+/- nourries ad libitum. Ces résultats laissent croire que l’hyperphagie, et non une diminution des dépenses énergétiques, est la cause principale de l’obésité des souris Sim1+/-. Par conséquent, ces résultats suggèrent que : i) l’haploinsuffisance de Sim1 est associée à une augmentation de l’apport calorique sans toutefois moduler les dépenses énergétiques; ii) l’existence d’au moins deux voies neuronales issues du noyau PV : l’une qui régule la prise alimentaire et l’autre la thermogénèse; et iii) l’haploinsuffisance de Sim1 affecte spécifiquement la voie neuronale qui régule la prise alimentaire. En dernier lieu, nous avons montré que l’injection de MTII, de leptine ainsi que de CCK induit une diminution significative de la consommation calorique des souris des deux génotypes, Sim1+/+ et Sim1+/-. De fait, la consommation calorique cumulative des souris Sim1+/- et Sim1+/+ est diminuée de 37% et de 51%, respectivement, durant les 4 heures suivant l’administration i.p. de MTII comparativement à l’administration d’une solution saline. Lors de l’administration i.c.v. de la leptine, la consommation calorique cumulative des souris Sim1+/- et Sim1+/+ est diminuée de 47% et de 32%, respectivement. Finalement, l’injection i.p. de CCK diminue la consommation calorique des souris Sim1+/- et Sim1+/+ de 52% et de 36%, respectivement. L’ensemble des résultats suggère ici que l’haploinsuffisance de Sim1 diminue l’activité de certaines voies neuronales régulant l’homéostasie énergétique, et particulièrement de celles qui contrôlent la prise alimentaire. En résumé, ces travaux ont montré que l’haploinsuffisance de Sim1 affecte plusieurs processus du développement au sein du noyau PV. Ces anomalies du développement peuvent conduire à des dysfonctions de certains processus physiologiques distincts régulés par le noyau PV, et notamment de la prise alimentaire, et contribuer ainsi au phénotype d’obésité. Les souris hétérozygotes pour le gène Sim1 représentent donc un modèle animal unique, où l’hyperphagie, et non les dépenses énergétiques, est la principale cause de l’obésité. En conséquence, ces souris pourraient représenter un modèle expérimental intéressant pour l’étude des mécanismes cellulaires et moléculaires en contrôle de la prise alimentaire.

Sélection des substrats lors de l’exercice prolongé avec ingestion de glucides : études par traçage au 13C

Les principaux substrats oxydés à l’exercice, soit les glucides, les lipides et les pro- téines ne contribuent pas tous au même niveau à la fourniture d’énergie lors de l’effort prolongé. De plus, le glucose peut provenir de différentes sources endogènes (muscle, foie) et exogènes. Plusieurs facteurs peuvent influencer leur contribution respective incluant : la masse musculaire impliquée et l’entraînement préalable, le sexe, l’état nutritionnel et les conditions environnementales. L’utilisation d’isotopes stables, tels que le carbone 13 (13C), combinée à la calorimétrie indirecte respiratoire corrigée pour l’excrétion d’urée dans l’urine et la sueur, permet de différencier les substrats endogènes et exogènes et d’évaluer la contribution de leur oxydation à la fourniture d’énergie. Ces méthodes d’investigation permettant d’apprécier la sélection des substrats lors de l’exercice prolongé avec ingestion de glucose ont permis d’effectuer les comparaisons qui ont fait l’objet des trois études de cette thèse. Dans la première étude, la sélection des substrats au cours d’un effort prolongé effectué avec les membres inférieurs ou les membres supérieurs a été comparée avec et sans ingestion de glucose. Une différence modeste fut observée entre la sélection des substrats selon le mode d’exercice avec l’ingestion d’eau, celle-ci favorisant légèrement l’oxydation des glucides lors de l’effort avec les membres supérieurs. La quantité de glucose exogène oxydée était plus faible lors de l’exercice avec les membres supérieurs qu’avec les membres supérieurs, mais sa contribution plus importante, conséquence d’une dépense énergétique plus faible. Dans la deuxième étude, on a comparé la sélection des substrats chez des sujets mas- culins et féminins et les effets d’une alimentation enrichie en glucides ou de l’ingestion de glucose, au cours d’un exercice prolongé d’une durée de deux heures. On reconnaît généralement que, pour une même puissance relative, les femmes utilisent moins de glucides et davantage de lipides que les hommes. Les effets séparés d’une alimentation riche en glucides ou de l’ingestion de glucose pendant l’exercice sur la sélection des substrats furent pourtant similaires chez les deux sexes. L’effet combiné des deux procédures de supplémentation est toutefois plus important chez la femme que chez l’homme, soutenant l’hypothèse qu’un léger déficit en glucides soit présent chez les femmes. Dans la troisième étude, l’oxydation des substrats et particulièrement celle d’amidon exogène au cours d’une marche prolongée à une faible puissance de travail a été décrite. Les individus qui pratiquent des activités physiques prolongées à des intensités faibles (< 40 %VO2max) sont encouragés à ingérer des glucides et de l’eau pendant l’effort, mais la contribution de leur oxydation à la fourniture d’énergie est relativement peu connue. Nous avons montré que, contrairement aux observations précédemment effectuées à jeun sans ingestion de glucides pendant l’effort, les glucides (incluant de source exogène) peuvent fournir une très grande partie de l’énergie lorsqu’ils sont ingérés à des intervalles réguliers au cours de l’exercice prolongé. Dans l’ensemble, les résultats des études expérimentales présentées dans cette thèse montrent que les glucides ingérés peuvent fournir une grande proportion de l’énergie pendant l’exercice prolongé. Toutefois, le mode d’exercice, le sexe et la puissance de travail mènent à des variations qui sont en grande partie liées à une dépense énergétique variable selon les conditions et les groupes d’individus ayant des caractéristiques différentes.

Étude de la réponse aiguë à l'exercice intermittent à haute intensité chez le patient coronarien

L'entraînement par intervalles à haute intensité est plus efficace que l'entraînement continu d’intensité modérée pour améliorer la consommation maximale d’oxygène (VO2max) et le profil métabolique des patients coronariens. Cependant, il n’y a pas de publications pour appuyer la prescription d’un type d’exercice intermittent (HIIE) spécifique dans cette population. Nous avons donc comparé les réponses aiguës cardio-pulmonaires de quatre sessions différentes d’exercice intermittent dans le but d’identifier l’exercice optimal chez les patients coronariens. De manière randomisée, les sujets participaient aux sessions d’HIIE, toutes avec des phases d’exercice à 100% de la puissance maximale aérobie (PMA), mais qui variaient selon la durée des phases d’exercice et de récupération (15s ou 1 min) et la nature de la récupération (0% de la PMA ou 50% de la PMA). Chaque session était réalisée sous forme de temps limite et l’exercice était interrompu après 35 minutes. En considérant l’effort perçu, le confort du patient et le temps passé au-dessus de 80% de VO2max, nous avons trouvé que l’exercice optimal consistait à alterner des courtes phases d’exercice de 15s à 100% de la PMA avec des phases de 15s de récupération passive. Ensuite, nous avons comparé les réponses physiologiques de l’HIIE optimisé avec un exercice continu d’intensité modérée (MICE) iso-calorique chez des patients coronariens. En considérant les réponses physiologiques, l’aspect sécuritaire (aucune élévation de Troponin T) et l’effort perçu, le protocole HIIE est apparu mieux toléré et plus efficace chez ces coronariens. Finalement, une simple session d’HIIE n’induit pas d’effets délétères sur la paroi vasculaire, comme démontré avec l’analyse des microparticules endothéliales. En conclusion, l’exercice intermittent à haute intensité est un mode d'entraînement prometteur pour les patients coronariens stables qui devrait faire l’objet d’autres études expérimentales en particulier pour les patients coronariens ischémiques.

Taux quotidiens d’inhalation et paramètres cardio-pulmonaires chez l’humain selon les données publiées en rapport au double marquage des molécules d’eau pour l’analyse du risque

L’objectif de cette étude est de déterminer certains paramètres respiratoires et cardiovasculaires chez des sujets de tous âges pour utilisation, à titre d’intrants physiologiques, en modélisation toxicocinétique et en analyse du risque toxique. La base de données utilisée est tirée de la littérature. Il s’agit de mesures portant sur la dépense d’énergie quotidienne de base et la dépense d’énergie quotidienne de totale obtenues, l’une par calorimétrie indirecte, l’autre par double marquage isotopique des molécules d’eau. Selon le type d’unité retenu, les valeurs les plus élevées au 99e centile des taux quotidiens d’inhalation sont obtenues chez des adolescentes et des femmes âgées de 11 à 55 ans souffrant d’embonpoint ou d’obésité, durant leur 36e semaine de grossesse (47,31 m³/jour), ainsi que chez des garçons de poids corporel normal âgés de 2,6 à moins de 6 mois (1,138 m³/kg-jour) et de 10 à moins de 16,5 ans (22,29 m³/m²-jour). Chez les enfants et les adolescents de poids corporel normal âgés de 5 à moins de 16.5 ans, les valeurs pour l’écart entre le 2,5e au 99e centile sont généralement plus élevées que celles obtenues chez les sujets plus âgés : taux de ventilation minute, 0,132 à 0,774 L/kg-min ou 4,42 à 21,69 L/m²-min versus 0,076 à 0,461 L/kg-min ou 2,80 à 16,99 L/m²-min; taux de ventilation alvéolaire, 0,093 à 0,553 L/kg-min ou 3,09 à 15,53 L/m²-min versus 0,047 à 0,312 L/kg-min ou 1,73 à 11,63 L/m²-min; débit cardiaque, 0,065 à 0,330 L/kg-min ou 2,17 à 9,46 L/m²-min versus 0,045 à 0,201 L/kg-min ou 1,63 à 7,24 L/m²-min; ratio de ventilation-perfusion, 1,12 à 2,16 versus 0,78 à 2,40. Il faut conclure que les apports inhalés en polluants, exprimés en ug/kg-min ou ug/m²-min sont plus élevés chez les enfants que chez les sujets plus âgés pour des concentrations d’exposition comparables. D’autres données montrent qu’il en est de même pour les apports inhalés par unité de poids corporel chez les femmes enceintes et les femmes qui allaitent par rapport à des sujets males d’âge comparable. L’ensemble des résultats obtenus suggère notamment que les valeurs des NOAELH de Santé Canada pourraient être abaissées par un facteur de 2,6 par utilisation du 99e centile le plus élevé des taux quotidiens d’inhalation chez les enfants; le taux de ventilation minute de 20,83 L/min approximé pour une journée de travail de 8 heures peut être considéré comme étant conservateur ; par contre, l’utilisation du taux quotidien d’inhalation de 0,286 m³/kg-jour (c.-à-d. 20 m³/jour pour un adulte de poids corporel de 70 kg) est inappropriée en analyse et gestion du risque lorsqu’appliquée à l’ensemble de la population.

Capacité de deux accéléromètres (SenseWear Armband et l’Actical) à estimer la dépense énergétique totale chez les adultes sains

L’augmentation de la dépense énergétique (DE) par une augmentation de l'activité physique (AP) participe au maintien et à l’amélioration de la santé. La mesure à grande échelle de la DE totale (DET) en général et AP en particulier se heurte à des difficultés pratiques de recueil de données, de validité et aux coûts. Bien que dans la littérature de nombreux accéléromètres permettent d’estimer la DET, il y a encore des limites quant à la mesure de l’intensité de l’AP, élément qui influence l’état de la balance énergétique et le bénéfice pour la santé de l’AP. De plus, peu de comparaisons entre les différents accéléromètres sont disponibles. La présente étude avait pour but d’évaluer la capacité de deux accéléromètres (Actical et Sensewear Armband) pour estimer la DET en comparaison avec la technique de l’eau doublement marquée (EDM) ; d’évaluer la concordance entre les accéléromètres dans la mesure de la DE au repos (DER) en comparaison avec la technique de la calorimétrie indirecte (CI) et d’évaluer la DE liée à l’AP en comparaison avec la technique de la CI. Les résultats montrent qu’il y a une très bonne corrélation entre la CI et les accéléromètres dans la mesure de la DER(r > 0.80, p<0.001) et une bonne corrélation entre les accéléromètres et l’EDM dans la mesure de la DET(r>0.75, p<0.001). Pour la mesure de l’intensité de l’AP, l’ACT est plus précis (r=0.80, p<0.001)) que le SWA à la marche, le SWA est meilleur(r=0.80, p<0.001) au vélo. Cette étude permet d’affirmer que le SWA et l’ACT sont des alternatives valables pour mesurer la DE.

Étude des réponses physiologiques aiguës à l’exercice intermittent de haute intensité chez le patient insuffisant cardiaque

L’optimisation de l’exercice par intervalles de haute intensité (EIHI) chez les patients insuffisants cardiaques (IC) n’a jamais été étudiée auparavant. Nous avons comparé les réponses cardio-pulmonaires aiguës lors de 4 différents EIHI dans le but de trouver le protocole optimisé chez les patients IC. Les patients IC étaient aléatoirement alloués à 4 sessions d’EIHI. Chaque phase d’exercice était à une intensité de 100% de la puissance aérobie maximale (PAM), mais de différentes durées (30s ou 90s) et de type de récupération (passive ou active). Chaque protocole d’EIHI durait un maximum de 30 minutes ou jusqu’à épuisement. Considérant le temps total d’exercice, l’adhérence, une perception d’effort moins élevée, le confort du patient ainsi que des temps similaires passés à un haut pourcentage du VO2pic, le mode avec intervalles courts (30s) et récupération passive s’est avéré être le protocole d’EIHI optimisé chez ces patients. Suite à cette étude, nous avons voulu comparer les réponses cardio-pulmonaires aiguës d’un exercice continu d’intensité modéré (ECIM) par rapport à celles de l’EIHI optimisé de dépense énergétique équivalente chez les patients IC. L’objectif de cette étude était de comparer les réponses cardio-pulmonaires, l’adhérence, la perception de l’effort, l’inflammation et les biomarqueurs cardiaques. Comparativement à l’ECIM, l’adhérence, l’efficience et la tolérance étaient plus élevées lors de l’EIHI optimisé chez les patients IC tout en produisant un stimulus physiologique important. L’EIHI n’a causé aucune arythmie significative ou d’effets délétères sur l’inflammation (CRP), le BNP et la nécrose myocardique (C-TnT) chez les patients IC. L’EIHI semble être un mode d’exercice prometteur et devrait être considéré lors de la réadaptation cardiaque chez les patients IC.

Détection des augmentations de 5 et de 10% de la dépense énergétique totale : comparaison des estimations de deux accéléromètres

L’obésité et la sédentarité sont considérées comme des problèmes importants de santé publique. L’augmentation de l’activité physique est une des stratégies recommandées pour obtenir un bilan énergétique positif dans les interventions de perte de poids. Deux accéléromètres, le Sensewear Armband (SWA) et l’Actical (ACT), sont des outils simples à utiliser en recherche clinique, mais à notre connaissance, aucune étude n’a évalué leur capacité à détecter des hausses de la dépense énergétique. De plus, très peu d’études, avec des résultats par ailleurs contradictoires, ont été effectuées afin de déterminer la fiabilité de ces accéléromètres pour la mesure de la dépense énergétique au repos et au cours d’une activité physique au vélo stationnaire. Ainsi, les objectifs de cette étude étaient: 1) évaluer, pendant 3 journées consécutives, la reproductibilité des valeurs de la dépense énergétique obtenues avec le SWA et l’ACT, au repos et au cours d’une activité physique de 45 minutes sur un vélo stationnaire, 2) déterminer la capacité de ces accéléromètres à détecter des hausses de 5% et 10 % de la dépense énergétique totale (DET) au moyen de la modification d’une activité physique au tapis roulant pendant 45 minutes. Cette étude transversale effectuée auprès de 20 sujets en santé, âgés de 20 à 32 ans et avec un IMC moyen de 23 kg/m2, consistait en 5 visites à la clinique. Les 3 dernières visites, sous supervision directe pendant 10 heures, comportaient des activités programmées sur le vélo stationnaire et la marche sur tapis roulant pendant 45 minutes. Les résultats montrent que le SWA et l’ACT donnent des valeurs reproductibles pour estimer la dépense énergétique au repos et la dépense énergétique au vélo (corrélations intra classe, p<0,001). Par contre, pour des hausses préétablies de la DET de 5% et 10%, les estimations respectives obtenues étaient de 1,4% et 7,8% avec le SWA et de 3,4% et 13,1% avec l’ACT. Le SWA sous-estime les hausses de 5% et de 10% et l’ACT sous-estime la hausse de 5% et surestime la hausse de 10% de la DET. Plus de recherches sont nécessaires avant de confirmer l’usage du SWA et de l’ACT dans l’estimation des hausses de la dépense énergétique totale.