Neuronal expression of the ubiquitin ligase Nedd4-2 in rat dorsal root ganglia: modulation in the SNI model of neuropathic pain

La douleur neuropathique est une forme de douleur chronique apparaissant suite à des lésions du système nerveux somato-sensoriel. Caractérisée par une plasticité neuronale inadapté, elle est très souvent intense, invalidante, associe des symptômes comme l'allodynie ou l' hyperalgésie et reste difficile à traiter avec les agents thérapeutiques actuels. Le thème de mon travail de thèse se concentre sur des mécanismes moléculaires de modulation des canaux sodiques voltage-dépendants suite à une lésion du nerf périphérique. Dans l'article présenté en annexe, j'ai focalisé mon travail sur une protéine, Nedd4-2, qui est une ligase ubiquitine. Elle a pour rôle de réguler et d'internaliser dans la cellule des protéines membranaires dont les canaux sodiques. Suite aux lésions du système nerveux périphérique, il existe une hyperexcitabilité neuronale engendrée notamment par un surplus et une dysrégulation des canaux sodiques à la membrane cellulaire. Dans 1 'hypothèse que l'ubiquitine ligase Nedd4-2 soit présente dans les neurones sensitifs primaires et ait un rôle dans la régulation des canaux sodiques, nous avons identifié cette protéine dans les neurones nociceptifs primaires du rat. En utilisant des techniques de Western Blot et d'immunohistochimie, j'ai trouvé que Nedd4-2 est présente dans presque 50% des neurones du ganglion spinal et ces neurones sont principalement des neurones nociceptifs. Dans un modèle expérimental de douleur neuropathique (SN I, pour spared nerve injury), Nedd4-2 se retrouve significativement diminuée dans le tissu du ganglion spinal. J'ai également investigué 1' expression de 2 isoformes des canaux sodiques connues pour leur implication dans la douleur, Navl.7 et Navl.8, et ces 2 isoformes se retrouvent dans les mêmes neurones que Nedd4-2. La caractérisation détaillée est décrite dans le manuscrit: «Neuronal expression of the ubiquitin ligase Nedd4-2 in rat dorsal root ganglia: modulation in the SNI model of neuropathic pain; Cachemaille M, Laedermann CJ, Pertin M, Abriel H, Gasselin RD, Decosterd 1.» Les résultats obtenus indiquent que Nedd4-2, en étant downrégulé après une lésion nerveuse, pourrait ainsi contribuer à une augmentation des canaux sodiques fonctionnels à la membrane. Ainsi Nedd4-2 pourrait être proposée comme cible thérapeutique de manière alternative aux bloqueurs de canaux sodiques. Ce travail a permis l'initiation d'autres expériences. J'ai contribué activement à la construction de vecteurs viraux type adéno-associé recombinant (rAA V2/6) et surexprimé la protéine in vivo dans les ganglions spinaux. Cette partie de mon travail se trouve intégrée dans d'autres travaux de mon laboratoire d'accueil qui a pu démontrer les effets fonctionnels de cette approche sur les courants sodiques enregistrés par électrophysiologie et une diminution de la douleur neuropathique chez la souris. - Abstract-Neuronal hyperexcitability following peripheral nerve lesions may stem from altered activity of voltagegated sodium channels (VGSCs), which gives rise toallodynia or hyperalgesia. In vitro, the ubiquitin ligase Nedd4-2 is a negative regulator of VGSC a-subunits (Nav), in particular Nav1.7, a key actor in nociceptor excitability. We therefore studied Nedd4-2 in rat nociceptors, its co-expression with Nav1.7 and Nav1.8, and its regulation in pathology. Adult rats were submitted to the spared nerve injury (SNI) model of neuropathic pain or injected with complete Freund's adjuvant (CFA), a model of inflammatory pain. L4 dorsal root ganglia (DRG) were analyzed in shamoperated animals, seven days after SNI and 48 h after CFA with immunofluorescence and Western blot. We observed Nedd4-2 expression in almost 50% of DRG neurons, mostly small and medium-sized. A preponderant localization is found in the non-peptidergic sub-population. Additionally, 55.7± 2.7% and 55.0 ±3.6% of Nedd4-2-positive cells are co-labeled with Nav1.7 and Nav1.8 respectively. SNI significantly decreases the proportion of Nedd4-2-positive neurons from 45.9± 1.9% to 33.5± 0.7% (p < 0.01) and the total Nedd4-2 protein to 44%± 0.13% of its basal level (p <0.01, n = 4 animals in each group, mean± SEM). In contrast, no change in Nedd4-2 was found after peripheral inflammation induced by CFA. These results indicate that Nedd4-2 is present in nociceptive neurons, is downregulated after peripheral nerve injury, and might therefore contribute to the dysregulation of Navs involved in the hyperexcitability associated with peripheral nerve injuries.

Rate of undesirable events at beginning of academic year: retrospective cohort study.

OBJECTIVE: To determine whether an increase in the rate of undesirable events occurs after care provided by trainees at the beginning of the academic year. DESIGN: Retrospective cohort study using administrative and patient record data. SETTING: University affiliated hospital in Melbourne, Australia. PARTICIPANTS: 19,560 patients having an anaesthetic procedure carried out by first to fifth year trainees starting work for the first time at the hospital over a period of five years (1995-2000). MAIN OUTCOME MEASURES: Absolute event rates, absolute rate reduction, and rate ratios of undesirable events. RESULTS: The rate of undesirable events was higher at the beginning of the academic year compared with the rest of the year (absolute event rate 137 v 107 per 1000 patient hours, relative rate reduction 28%, P<0.001). The overall adjusted rate ratio for undesirable events was 1.40, 95% confidence interval 1.24 to 1.58. This excess risk was seen for all residents, regardless of their level of seniority. The excess risk decreased progressively after the first month, and the trend disappeared fully after the fourth month of the year (rate ratio for fourth month 1.21, 0.93 to 1.57). The most important decreases were for central and peripheral nerve injuries (relative difference 82%), inadequate oxygenation of the patient (66%), vomiting/aspiration in theatre (53%), and technical failures of tracheal tube placement (49%). CONCLUSIONS: The rate of undesirable events was greater among trainees at the beginning of the academic year regardless of their level of clinical experience. This suggests that several additional factors, such as knowledge of the working environment, teamwork, and communication, may contribute to the increase.

Extracellular microvesicles from astrocytes contain functional glutamate transporters: regulation by protein kinase C and cell activation.

Glutamate transport through astrocytic excitatory amino-acid transporters (EAAT)-1 and EAAT-2 is paramount for neural homeostasis. EAAT-1 has been reported in secreted extracellular microvesicles (eMV, such as exosomes) and because the protein kinase C (PKC) family controls the sub-cellular distribution of EAATs, we have explored whether PKCs drive EAATs into eMV. Using rat primary astrocytes, confocal immunofluorescence and ultracentrifugation on sucrose gradient we here report that PKC activation by phorbol myristate acetate (PMA) reorganizes EAAT-1 distribution and reduces functional [(3)H]-aspartate reuptake. Western-blots show that EAAT-1 is present in eMV from astrocyte conditioned medium, together with NaK ATPase and glutamine synthetase all being further increased after PMA treatment. However, nanoparticle tracking analysis reveals that PKC activation did not change particle concentration. Functional analysis indicates that eMV have the capacity to reuptake [(3)H]-aspartate. In vivo, we demonstrate that spinal astrocytic reaction induced by peripheral nerve lesion (spared nerve injury, SNI) is associated with a phosphorylation of PKC δ together with a shift of EAAT distribution ipsilaterally. Ex vivo, spinal explants from SNI rats release eMV with an increased content of NaK ATPase, EAAT-1 and EAAT-2. These data indicate PKC and cell activation as important regulators of EAAT-1 incorporation in eMV, and raise the possibility that microvesicular EAAT-1 may exert extracellular functions. Beyond a putative role in neuropathic pain, this phenomenon may be important for understanding neural homeostasis and a wide range of neurological diseases associated with astrocytic reaction as well as non-neurological diseases linked to eMV release.

Aging preferentially affects molecular pathways implicated in development and disease of myelinating glial cells

The central and peripheral nervous systems are involved in multiple age-dependent neurological deficits that are often attributed to alterations in function of myelinating glial cells. However, the molecular events that underlie the age-related decline of glial cell function are unknown. We used Schwann cells as a model to study biological processes affected in glial cells by aging. We comprehensively profiled gene expression of the Schwann cellrich mouse sciatic nerve throughout life, from day of birth until senescence (840 days of age). We combined the aging data with the microarray transcriptional data obtained using nerves isolated from Schwann cell-specific neuropathy-inducing mutants MPZCre/+/Lpin1fE2−3/fE2−3 , MPZCre/+/ScapfE1/fE1 and Pmp22-null mice. The majority of age related transcripts were also affected in the analyzed mouse models of neuropathy (54.4%) and in development (59.5%) indicating a high level of overlapping in implicated molecular pathways. We observed that compared to peripheral nerve development, dynamically changing expression profiles in aging have opposite (anticorrelated) orientation while they copy the orientation of transcriptional changes observed in analyzed neuropathy models. Subsequent clustering and biological annotation of dynamically changing transcripts revealed that the processes most significantly deregulated in aging include inflammatory/immune response and lipid biosynthesis/metabolism. Importantly, the changes in these pathways were also observed in myelinated oligodendrocyte-rich optic nerves of aged mice, albeit with lower magnitude. This observation suggests that similar biological processes are affected in aging glial cells in central and peripheral nervous systems, however with different dynamics. Our data, which provide the first comprehensive comparison of molecular changes in glial cells in three distinct biological conditions comprising development, aging and disease, provide not only a new inside into the molecular alterations underlying neural system aging but also identify target pathways for potential therapeutic approaches to prevent or delay complications associated with age-related and inherited forms of neuropathies. *Current address: Department of Physiology, UCSF, San Francisco, CA, USA.

Aging preferentially affects molecular pathways implicated in development and disease of myelinating glial cells

The central and peripheral nervous systems are involved in multiple agedependent neurological deficits that are often attributed to alterations in function of myelinating glial cells. However, the molecular events that underlie the age-related decline of glial cell function are unknown. We used Schwann cells as a model to study biological processes affected in glial cells by aging. We comprehensively profiled gene expression of the Schwann cell-rich mouse sciatic nerve throughout life, from day of birth until senescence (840 days of age). We combined the aging data with the microarray transcriptional data obtained using nerves isolated from Schwann cell-specific neuropathy-inducing mutants MPZCre/þ/Lpin1fE2-3/fE2-3, MPZCre/þ/ScapfE1/fE1 and Pmp22-null mice. A majority of age related transcripts were also affected in the analyzed mouse models of neuropathy (54.4%) and in development (59.5%) indicating a high level of overlapping in implicated molecular pathways. We observed that compared to peripheral nerve development, dynamically changing expression profiles in aging have opposite (anticorrelated) orientation while they copy the orientation of transcriptional changes observed in analyzed neuropathy models. Subsequent clustering and biological annotation of dynamically changing transcripts revealed that the processes most significantly deregulated in aging include inflammatory/ immune response and lipid biosynthesis/metabolism. Importantly, the changes in these pathways were also observed in myelinated oligodendrocyte- rich optic nerves of aged mice, albeit with lower magnitude. This observation suggests that similar biological processes are affected in aging glial cells in central and peripheral nervous systems, however with different dynamics. Our data, which provide the first comprehensive comparison of molecular changes in glial cells in three distinct biological conditions comprising development, aging and disease, provide not only a new inside into the molecular alterations underlying neural system aging but also identify target pathways for potential therapeutical approaches to prevent or delay complications associated with age-related and inherited forms of neuropathies.

Diagnostic methods and treatment options for focal cortical dysplasia.

Our inability to adequately treat many patients with refractory epilepsy caused by focal cortical dysplasia (FCD), surgical inaccessibility and failures are significant clinical drawbacks. The targeting of physiologic features of epileptogenesis in FCD and colocalizing functionality has enhanced completeness of surgical resection, the main determinant of outcome. Electroencephalography (EEG)-functional magnetic resonance imaging (fMRI) and magnetoencephalography are helpful in guiding electrode implantation and surgical treatment, and high-frequency oscillations help defining the extent of the epileptogenic dysplasia. Ultra high-field MRI has a role in understanding the laminar organization of the cortex, and fluorodeoxyglucose-positron emission tomography (FDG-PET) is highly sensitive for detecting FCD in MRI-negative cases. Multimodal imaging is clinically valuable, either by improving the rate of postoperative seizure freedom or by reducing postoperative deficits. However, there is no level 1 evidence that it improves outcomes. Proof for a specific effect of antiepileptic drugs (AEDs) in FCD is lacking. Pathogenic mutations recently described in mammalian target of rapamycin (mTOR) genes in FCD have yielded important insights into novel treatment options with mTOR inhibitors, which might represent an example of personalized treatment of epilepsy based on the known mechanisms of disease. The ketogenic diet (KD) has been demonstrated to be particularly effective in children with epilepsy caused by structural abnormalities, especially FCD. It attenuates epigenetic chromatin modifications, a master regulator for gene expression and functional adaptation of the cell, thereby modifying disease progression. This could imply lasting benefit of dietary manipulation. Neurostimulation techniques have produced variable clinical outcomes in FCD. In widespread dysplasias, vagus nerve stimulation (VNS) has achieved responder rates >50%; however, the efficacy of noninvasive cranial nerve stimulation modalities such as transcutaneous VNS (tVNS) and noninvasive (nVNS) requires further study. Although review of current strategies underscores the serious shortcomings of treatment-resistant cases, initial evidence from novel approaches suggests that future success is possible.

Abordagem fisioterapêutica na dor pós-operatória: a eletroestimulação nervosa transcutânea (ENT)

This study provides an update on the use of Transcutaneous Eletric Nerve Stimulation (TENS) as a non-pharmacological resource of postoperative pain relief. National and international references regarding the use of TENS for the relief of postoperative pain had been selected, highlighting its mechanism of action, parameters of application, contraindications, side-effect and results. TENS is a non-pharmacological resource that has its mechanism of action based on the gate theory. It consists of a device that emits electric impulses in the skin through electrodes. It is a low cost technique, easily applicable, presents few collateral effects, good effectiveness related to the reduction of the painful perception, allowing early mobilization and reduced pharmacological analgesic consumption. TENS represents another option in the control of postoperative pain and should be inserted in a multiprofessional context.

The Roots of Neurofibromas in Neurofibromatosis 1 — A Question of Multipotency, Differentiation and Hiding

Neurofibromatosis type 1 (NF1) is an autosomal dominant cancer predisposition syndrome that affects about 1 in 3500 individuals worldwide. NF1 is caused by mutations in the NF1 gene that encodes the tumor suppressor protein neurofibromin, an inactivator of the Ras oncogene. The hallmarks of NF1 include pigmentary lesions of the skin, Lisch nodules of the iris and cutaneous neurofibromas. Cutaneous neurofibromas are benign tumors composed of all the cell types of normal peripheral nerve. The traditional view of neurofibroma development has been that cutaneous neurofibromas arise from the disruption of the small nerve tributaries of the skin and subsequent proliferation of the resident cells. The second hit mutation in the NF1 gene has been considered as a prerequisite for neurofibroma development. The second hit is detectable in a subpopulation of primary Schwann cells cultured from neurofibromas. This thesis challenges the traditional concept of neurofibroma development. The results show that cutaneous neurofibromas are intimately associated with hair follicular structures and contain multipotent precursor cells (NFPs), suggesting that neurofibromas may arise from the multipotent cells which reside in hair follicles. Furthermore, this study presents that neurofibroma-derived Schwann cells that harbor bi-allelic inactivation in the NF1 gene express HLA class II genes and may act as nonprofessional antigen presenting cells. The CD4- and FoxP3-positive cells detected in cutaneous neurofibromas suggest that these cells may represent regulatory T cells (Tregs) which interact with HLA II –positive cells and aid the tumor cells in hiding from the immune system and are thus mediators of immune tolerance. This thesis also investigated neurofibroma development in the oral cavity and the use of different biomarkers to characterize cellular differentiation in neurofibromas. The results revealed that oral neurofibromas are not rare, but they usually appear as solitary lesions contrary to multiple cutaneous neurofibromas and present high heterogeneity within and between tumors. The use of class III beta-tubulin as a marker for neuronal differentiation led to an unexpected finding showing that multiple cell types express class III beta-tubulin during mitosis. The increased understanding of the multipotency of tumor cells, cellular differentiation and ability to hide from immune system will aid in the development of future treatments. Specifically, targeting Tregs in NF1 patients could provide a novel therapeutic approach to interfere with the development of neurofibromas.

Reversal by methylene blue of tetanic fade induced in cats by nitric oxide

Previous data from our laboratory have indicated that nitric oxide (NO) acting at the presynaptic level increases the amplitude of muscular contraction (AMC) of the phrenic-diaphragm preparations isolated from indirectly stimulated rats, but, by acting at the postsynaptic level, it reduces the AMC when the preparations are directly stimulated. In the present study we investigated the effects induced by NO when tetanic frequencies of stimulation were applied to in vivo preparations (sciatic nerve-anterior tibial muscle of the cat). Intra-arterial injection of NO (0.75-1.5 mg/kg) induced a dose-dependent increase in the Wedensky inhibition produced by high frequencies of stimulation applied to the motor nerve. Intra-arterial administration of 7.2 µg/kg methylene blue did not produce any change in AMC at low frequencies of nerve stimulation (0.2 Hz), but antagonized the NO-induced Wedensky inhibition. The experimental data suggest that NO-induced Wedensky inhibition may be mediated by the guanylate cyclase-cGMP pathway

Reflex control of arterial pressure and heart rate in short-term streptozotocin diabetic rats

Impaired baroreflex sensitivity in diabetes is well described and has been attributed to autonomic diabetic neuropathy. In the present study conducted on acute (10-20 days) streptozotocin (STZ)-induced diabetic rats we examined: 1) cardiac baroreflex sensitivity, assessed by the slope of the linear regression between phenylephrine- or sodium nitroprusside-induced changes in arterial pressure and reflex changes in heart rate (HR) in conscious rats; 2) aortic baroreceptor function by means of the relationship between systolic arterial pressure and aortic depressor nerve (ADN) activity, in anesthetized rats, and 3) bradycardia produced by electrical stimulation of the vagus nerve or by the iv injection of methacholine in anesthetized animals. Reflex bradycardia (-1.4 ± 0.1 vs -1.7 ± 0.1 bpm/mmHg) and tachycardia (-2.1 ± 0.3 vs -3.0 ± 0.2 bpm/mmHg) were reduced in the diabetic group. The gain of the ADN activity relationship was similar in control (1.7 ± 0.1% max/mmHg) and diabetic (1.5 ± 0.1% max/mmHg) animals. The HR response to vagal nerve stimulation with 16, 32 and 64 Hz was 13, 16 and 14% higher, respectively, than the response of STZ-treated rats. The HR response to increasing doses of methacholine was also higher in the diabetic group compared to control animals. Our results confirm the baroreflex dysfunction detected in previous studies on short-term diabetic rats. Moreover, the normal baroreceptor function and the altered HR responses to vagal stimulation or methacholine injection suggest that the efferent limb of the baroreflex is mainly responsible for baroreflex dysfunction in this model of diabetes.

Glutamatergic neurotransmission modulates hypoxia-induced hyperventilation but not anapyrexia

The interaction between pulmonary ventilation (V E) and body temperature (Tb) is essential for O2 delivery to match metabolic rate under varying states of metabolic demand. Hypoxia causes hyperventilation and anapyrexia (a regulated drop in Tb), but the neurotransmitters responsible for this interaction are not well known. Since L-glutamate is released centrally in response to peripheral chemoreceptor stimulation and glutamatergic receptors are spread in the central nervous system we tested the hypothesis that central L-glutamate mediates the ventilatory and thermal responses to hypoxia. We measured V E and Tb in 40 adult male Wistar rats (270 to 300 g) before and after intracerebroventricular injection of kynurenic acid (KYN, an ionotropic glutamatergic receptor antagonist), alpha-methyl-4-carboxyphenylglycine (MCPG, a metabotropic glutamatergic receptor antagonist) or vehicle (saline), followed by a 1-h period of hypoxia (7% inspired O2) or normoxia (humidified room air). Under normoxia, KYN (N = 5) or MCPG (N = 8) treatment did not affect V E or Tb compared to saline (N = 6). KYN and MCPG injection caused a decrease in hypoxia-induced hyperventilation (595 ± 49 for KYN, N = 7 and 525 ± 84 ml kg-1 min-1 for MCPG, N = 6; P < 0.05) but did not affect anapyrexia (35.3 ± 0.2 for KYN and 34.7 ± 0.4ºC for MCPG) compared to saline (912 ± 110 ml kg-1 min-1 and 34.8 ± 0.2ºC, N = 8). We conclude that glutamatergic receptors are involved in hypoxic hyperventilation but do not affect anapyrexia, indicating that L-glutamate is not a common mediator of this interaction.

An immunohistochemical, clinical and electroneuromyographic correlative study of the neural markers in the neuritic form of leprosy

The nerve biopsies of 11 patients with pure neuritic leprosy were submitted to routine diagnostic procedures and immunoperoxidase staining with antibodies against axonal (neurofilament, nerve growth factor receptor (NGFr), and protein gene product (PGP) 9.5) and Schwann cell (myelin basic protein, S-100 protein, and NGFr) markers. Two pairs of non-adjacent histological cross-sections of the peripheral nerve were removed for quantification. All the fascicles of the nerve were examined with a 10X-ocular and 40X-objective lens. The immunohistochemistry results were compared to the results of semithin section analysis and clinical and electroneuromyographic data. Neurofilament staining was reduced in 100% of the neuritic biopsies. NGFr positivity was also reduced in 81.8%, PGP staining in 100% of the affected nerves, S100 positivity in 90.9%, and myelin basic protein immunoreactivity in 90.9%. Hypoesthesia was associated with decreased NGFr (81.8%) and PGP staining (90.9%). Reduced potential amplitudes (electroneuromyographic data) were found to be associated with reduced PGP 9.5 (63.6%) and nerve fiber neurofilament staining (45.4%) by immunohistochemistry and with loss of myelinated fibers (100%) by semithin section analysis. On the other hand, the small fibers (immunoreactive dots) seen amid inflammatory cells continued to be present even after 40% of the larger myelinated fibers had disappeared. The present study shows an in-depth view of the destructive effects of leprosy upon the expression of neural markers and the integrity of nerve fiber. The association of these structural changes with the clinical and electroneuromyographic manifestations of leprosy peripheral neuropathy was also discussed.

Plasticité présynaptique et gliale à long-terme en réponse à un changement chronique de l’activité synaptique,à la jonction neuromusculaire d’amphibien

La plasticité synaptique est une importante propriété du système nerveux, impliquée dans l’intégration de l’information. Cette plasticité a généralement été décrite par des changements aux niveaux pré et postsynaptiques. Notamment, l’efficacité présynaptique, soit la probabilité de libération de neurotransmetteurs associée au contenu quantique d’une synapse, peut être augmentée ou diminuée selon l’activité antérieure de la synapse. Malgré cette caractérisation, les mécanismes à l’origine de la détermination de l’efficacité présynaptique demeurent obscurs. Également, la plasticité synaptique reste encore mal définie au niveau glial, limitant, de ce fait, notre compréhension de l’intégration de l’information. Pourtant, la dernière décennie a mené à une redéfinition du rôle des cellules gliales. Autrefois reléguées à un rôle de support passif aux neurones, elles sont désormais reconnues comme étant impliquées dans la régulation de la neurotransmission. Notamment, à la jonction neuromusculaire (JNM), les cellules de Schwann périsynaptiques (CSPs) sont reconnues pour moduler l’efficacité présynaptique et les phénomènes de plasticité. Un tel rôle actif dans la modulation de la neurotransmission implique cependant que les CSPs soient en mesure de s’adapter aux besoins changeants des JNMs auxquelles elles sont associées. La plasticité synaptique devrait donc sous-tendre une forme de plasticité gliale. Nous savons, en effet, que la JNM est capable de modifications tant morphologiques que physiologiques en réponse à des altérations de l'activité synaptique. Par exemple, la stimulation chronique des terminaisons nerveuses entraîne une diminution persistante de l’efficacité présynaptique et une augmentation de la résistance à la dépression. À l’opposé, le blocage chronique des récepteurs nicotiniques entraîne une augmentation prolongée de l’efficacité présynaptique. Aussi, compte tenu que les CSPs détectent et répondent à la neurotransmission et qu’elles réagissent à certains stimuli environnementaux par des changements morphologiques, physiologiques et d’expression génique, nous proposons que le changement d'efficacité présynaptique imposé à la synapse, soit par une stimulation nerveuse chronique ou par blocage chronique des récepteurs nicotiniques, résulte en une adaptation des propriétés des CSPs. Cette thèse propose donc d’étudier, en parallèle, la plasticité présynaptique et gliale à long-terme, en réponse à un changement chronique de l’activité synaptique, à la JNM d’amphibien. Nos résultats démontrent les adaptations présynaptiques de l’efficacité présynaptique, des phénomènes de plasticité à court-terme, du contenu mitochondrial et de la signalisation calcique. De même, ils révèlent différentes adaptations gliales, notamment au niveau de la sensibilité des CSPs aux neurotransmetteurs et des propriétés de leur réponse calcique. Les adaptations présynaptiques et gliales sont discutées, en parallèle, en termes de mécanismes et de fonctions possibles dans la régulation de la neurotransmission. Nos travaux confirment donc la coïncidence de la plasticité présynaptique et gliale et, en ce sens, soulèvent l’importance des adaptations gliales pour le maintien de la fonction synaptique.

Conventional and Reciprocal Approaches to the Forward and Inverse Problems of Electroencephalography

Le problème inverse en électroencéphalographie (EEG) est la localisation de sources de courant dans le cerveau utilisant les potentiels de surface sur le cuir chevelu générés par ces sources. Une solution inverse implique typiquement de multiples calculs de potentiels de surface sur le cuir chevelu, soit le problème direct en EEG. Pour résoudre le problème direct, des modèles sont requis à la fois pour la configuration de source sous-jacente, soit le modèle de source, et pour les tissues environnants, soit le modèle de la tête. Cette thèse traite deux approches bien distinctes pour la résolution du problème direct et inverse en EEG en utilisant la méthode des éléments de frontières (BEM): l’approche conventionnelle et l’approche réciproque. L’approche conventionnelle pour le problème direct comporte le calcul des potentiels de surface en partant de sources de courant dipolaires. D’un autre côté, l’approche réciproque détermine d’abord le champ électrique aux sites des sources dipolaires quand les électrodes de surfaces sont utilisées pour injecter et retirer un courant unitaire. Le produit scalaire de ce champ électrique avec les sources dipolaires donne ensuite les potentiels de surface. L’approche réciproque promet un nombre d’avantages par rapport à l’approche conventionnelle dont la possibilité d’augmenter la précision des potentiels de surface et de réduire les exigences informatiques pour les solutions inverses. Dans cette thèse, les équations BEM pour les approches conventionnelle et réciproque sont développées en utilisant une formulation courante, la méthode des résidus pondérés. La réalisation numérique des deux approches pour le problème direct est décrite pour un seul modèle de source dipolaire. Un modèle de tête de trois sphères concentriques pour lequel des solutions analytiques sont disponibles est utilisé. Les potentiels de surfaces sont calculés aux centroïdes ou aux sommets des éléments de discrétisation BEM utilisés. La performance des approches conventionnelle et réciproque pour le problème direct est évaluée pour des dipôles radiaux et tangentiels d’excentricité variable et deux valeurs très différentes pour la conductivité du crâne. On détermine ensuite si les avantages potentiels de l’approche réciproquesuggérés par les simulations du problème direct peuvent êtres exploités pour donner des solutions inverses plus précises. Des solutions inverses à un seul dipôle sont obtenues en utilisant la minimisation par méthode du simplexe pour à la fois l’approche conventionnelle et réciproque, chacun avec des versions aux centroïdes et aux sommets. Encore une fois, les simulations numériques sont effectuées sur un modèle à trois sphères concentriques pour des dipôles radiaux et tangentiels d’excentricité variable. La précision des solutions inverses des deux approches est comparée pour les deux conductivités différentes du crâne, et leurs sensibilités relatives aux erreurs de conductivité du crâne et au bruit sont évaluées. Tandis que l’approche conventionnelle aux sommets donne les solutions directes les plus précises pour une conductivité du crâne supposément plus réaliste, les deux approches, conventionnelle et réciproque, produisent de grandes erreurs dans les potentiels du cuir chevelu pour des dipôles très excentriques. Les approches réciproques produisent le moins de variations en précision des solutions directes pour différentes valeurs de conductivité du crâne. En termes de solutions inverses pour un seul dipôle, les approches conventionnelle et réciproque sont de précision semblable. Les erreurs de localisation sont petites, même pour des dipôles très excentriques qui produisent des grandes erreurs dans les potentiels du cuir chevelu, à cause de la nature non linéaire des solutions inverses pour un dipôle. Les deux approches se sont démontrées également robustes aux erreurs de conductivité du crâne quand du bruit est présent. Finalement, un modèle plus réaliste de la tête est obtenu en utilisant des images par resonace magnétique (IRM) à partir desquelles les surfaces du cuir chevelu, du crâne et du cerveau/liquide céphalorachidien (LCR) sont extraites. Les deux approches sont validées sur ce type de modèle en utilisant des véritables potentiels évoqués somatosensoriels enregistrés à la suite de stimulation du nerf médian chez des sujets sains. La précision des solutions inverses pour les approches conventionnelle et réciproque et leurs variantes, en les comparant à des sites anatomiques connus sur IRM, est encore une fois évaluée pour les deux conductivités différentes du crâne. Leurs avantages et inconvénients incluant leurs exigences informatiques sont également évalués. Encore une fois, les approches conventionnelle et réciproque produisent des petites erreurs de position dipolaire. En effet, les erreurs de position pour des solutions inverses à un seul dipôle sont robustes de manière inhérente au manque de précision dans les solutions directes, mais dépendent de l’activité superposée d’autres sources neurales. Contrairement aux attentes, les approches réciproques n’améliorent pas la précision des positions dipolaires comparativement aux approches conventionnelles. Cependant, des exigences informatiques réduites en temps et en espace sont les avantages principaux des approches réciproques. Ce type de localisation est potentiellement utile dans la planification d’interventions neurochirurgicales, par exemple, chez des patients souffrant d’épilepsie focale réfractaire qui ont souvent déjà fait un EEG et IRM.

Études pharmacocinétiques exploratoires de certains médicaments utilisés en analgésie post-opératoire

La douleur post-opératoire chez les patients constitue un défi thérapeutique important pour les cliniciens. Le traitement de la douleur post-opératoire n’est pas accessoire ni optionnel, puisqu’il permet de donner un congé de l’hôpital plus rapide aux patients et ainsi, il contribue à des économies importantes pour notre système de santé. Parmi les approches thérapeutiques utilisées pour la prise en charge de la douleur post-opératoire, cette thèse s’intéresse particulièrement aux blocs de nerfs périphériques par les anesthésiques locaux et à l’administration de la néostigmine par voie épidurale. Ces médicaments sont utilisés en clinique sans avoir préalablement établi, en se basant sur leur propriétés pharmacocinétiques et pharmacodynamiques spécifiques, leurs doses optimales. Ces doses devraient également tenir en considération les particularités anatomiques du site d’injection par rapport au site d’action. Cette thèse inclut des études exploratoires qui ont contribué à caractériser la pharmacocinétique de la ropivacaïne et de la bupivacaïne ainsi que la pharmacocinétique et la pharmacodynamie de la néostigmine. La première étude portait sur seize patients subissant une chirurgie orthopédique avec un bloc combiné des nerfs fémoral et sciatique par la ropivacaïne (n=8) ou la bupivacaïne (n=8). C’était la première étude qui a inclu des temps d’échantillons pharmacocinétiques allant jusqu’à 32 h après le bloc et ces résultats ont démontré une variabilité interindividuelle considérable. La modélisation par approche de population a aidé à expliquer les sources de la variabilité et démontré que l’absorption systémique des anesthésiques locaux était très lente. De plus, les concentrations plasmatiques demeuraient mesurables, et dans certains cas présentaient un plateau, 32 h après le bloc. Dans les prochaines études, un échantillonnage allant jusqu’à 4 ou 5 jours sera nécessaire afin d’atteindre la fin de l’absorption. La deuxième étude a établi le développement d’un modèle animal en étudiant la pharmacocinétique de la ropivacaïne après administration intraveineuse ainsi que son degré de liaison aux protéines plasmatiques chez le lapin (n=6). Les résultats ont démontré que, chez le lapin la ropivacaïne est beaucoup moins liée aux protéines plasmatiques comparativement à l’humain. Ce résultat important sera utile pour planifier les prochaines études précliniques. La troisième étude a exploré, pour la première fois, la pharmacocinétique et la pharmacodynamie de la néostigmine administrée par voie épidurale et a essayé de caractériser la courbe dose-réponse en utilisant trois doses différentes : 0.5, 1 et 1.5 mg. Bien que les concentrations de la néostigmine dans le liquide céphalo-rachidien fussent très variables une relation inverse entre la consommation de mépéridine et la dose de néostigmine a été démontrée. La dose de 1.5 mg a donné une meilleure réponse pharmacodynamique sur la douleur, mais elle a été considérée comme dangereuse puisqu’elle a résulté en deux cas d’hypertension. Nous avons conclu que des doses plus faibles que 1.5 mg devront être utilisées lors de l’utilisation de la néostigmine par voie épidurale. En conclusion, les études rapportées dans cette thèse ont exploré les propriétés pharmacocinétiques et/ou pharmacodynamiques de certains médicaments utilisés pour le traitement de la douleur post-opératoire. Ceci mènera au but ultime qui est la meilleure prise en charge de la douleur post-opératoire chez les patients.