Effects of dietary energy and nitrogen supplements on rumen fermentation and protozoa population in buffalo and zebu cattle

The effects were assessed of two energy sources in concentrate (ground grain corn vs. citrus pulp) and two nitrogen sources (soybean meal vs. urea) on rumen metabolism in four buffaloes and four zebu cattle (Nellore) with rumen cannula and fed in a 4 × 4 Latin square design with feeds containing 60% sugar cane. Energy supplements had no effect on the rumen ammonia concentration in cattle, but ground grain corn promoted higher ammonia level than citrus pulp in buffalo. Urea produced higher ammonia level than soybean meal in both animal species. On average, the buffaloes maintained a lower rumen ammonia concentration (11.7 mg/dL) than the cattle (14.5 mg/dL). Buffaloes had lower production of acetic acid than cattle (58.7 vs. 61.6 mol/100 mol) and higher of propionic acid (27.4 vs. 23.6 mol/100 mol). There was no difference in the butyric acid production between the buffaloes (13.6 mol/100 mol) and cattle (14.8 mol/100 mol) and neither in the total volatile fatty acids concentration (82.5 vs. 83.6 mM, respectively). The energy or nitrogen sources had no effect on rumen protozoa count in either animal species. The zebu cattle had higher rumen protozoa population (8.8 × 10(5)/mL) than the buffaloes (6.1 × 10(5)/mL). The rumen protozoa population differed between the animal species, except for Dasytricha and Charonina. The buffaloes had a lower Entodinium population than the cattle (61.0 vs 84.9%, respectively) and a greater percentage of species belonging to the Diplodiniinae subfamily than the cattle (28.6 vs. 1.4%, respectively). In cattle, ground corn is a better energy source than citrus pulp for use by Entodinium and Diplodiniinae. In the buffaloes, the Entodinium are favored by urea and Diplodiniinae species by soybean meal.

Reactivity, photolability, and computational studies of the ruthenium nitrosyl complex with a substituted cyclam fac-[Ru(NO)Cl(2)(kappa(3)N(4),N(8),N(11)(1-carboxypropyl)cyclam)]Cl center dot H(2)O

Chemical reactivity, photolability, and computational studies of the ruthenium nitrosyl complex with a substituted cyclam, fac-[Ru(NO)Cl(2)(kappa(3)N(4),N(8),N(11)(1-carboxypropyl)cyclam)]Cl center dot H(2)O ((1-carboxypropyl) cyclam = 3-(1,4,8,11-tetraazacyclotetradecan-1-yl) propionic acid)), (I) are described. Chloride ligands do not undergo aquation reactions (at 25 degrees C, pH 3). The rate of nitric oxide (NO) dissociation (k(obs-NO)) upon reduction of I is 2.8 s(-1) at 25 +/- 1 degrees C (in 0.5 mol L(-1) HCl), which is close to the highest value found for related complexes. The uncoordinated carboxyl of I has a pK(a) of similar to 3.3, which is close to that of the carboxyl of the non coordinated (1-carboxypropyl) cyclam (pK(a) = 3.4). Two additional pK(a) values were found for I at similar to 8.0 and similar to 11.5. Upon electrochemical reduction or under irradiation with light (lambda(irr) = 350 or 520 nm; pH 7.4), I releases NO in aqueous solution. The cyclam ring N bound to the carboxypropyl group is not coordinated, resulting in a fac configuration that affects the properties and chemical reactivities of I, especially as NO donor, compared with analogous trans complexes. Among the computational models tested, the B3LYP/ECP28MDF, cc-pVDZ resulted in smaller errors for the geometry of I. The computational data helped clarify the experimental acid-base equilibria and indicated the most favourable site for the second deprotonation, which follows that of the carboxyl group. Furthermore, it showed that by changing the pH it is possible to modulate the electron density of I with deprotonation. The calculated NO bond length and the Ru/NO charge ratio indicated that the predominant canonical structure is [Ru(III)NO], but the Ru-NO bond angles and bond index (b.i.) values were less clear; the angles suggested that [Ru(II)NO(+)] could contribute to the electronic structure of I and b.i. values indicated a contribution from [Ru(IV)NO(-)]. Considering that some experimental data are consistent with a [Ru(II)NO(+)] description, while others are in agreement with [Ru(III)NO], the best description for I would be a linear combination of the three canonical forms, with a higher weight for [Ru(II)NO(+)] and [Ru(III)NO].

Oxidation of oxa and thia fatty acids and related compounds catalysed by 5-and 15-lipoxygenase

The modified fatty acids, (Z,Z,Z)-(octadeca-6,9,12-trienyloxy)acetic acid, (Z,Z,Z)-(octadeca-9,12,15-trienyloxy)acetic acid, (all-Z)-(eicosa-5,8,11,14-tetraenyloxy)acetic acid, (all-Z)-(eicosa-5,8,11,14-tetraenylthio)acetic acid, 3-[(all-Z)-(eicosa-5,8,11,14-tetraenylthio)]propionic acid, (all-Z)-(eicosa-5,8,11,14-tetraenylthio)succinic acid, N-[(all-Z)-(eicosa-5,8,11,14-tetraenoyl)]glycine and N-[(all-Z)-(eicosa-5,8,11,14-tetraenoyl)]aspartic acid, all react with soybean 15-lipoxygenase. The products were treated with triphenylphosphine to give alcohols, which were isolated using HPLC. Analysis of the alcohols using negative ion tandem electrospray mass spectrometry, and by comparison with compounds obtained by autoxidation of arachidonic acid, shows that each enzyme catalysed oxidation occurs at the omega -6 position of the substrate. In a similar fashion, it has been found that (Z,Z,Z)-(octadeca-6,9,12-trienyloxy)acetic acid, (Z,Z,Z)-(octadeca-9,12,15-trienyloxy)acetic acid, (all-Z)-(eicosa-5,8,11,14-tetraenylthio)acetic acid and N-[(all-Z)-(eicosa-5,8, 11.14-tetraenylthio)]propionic acid each undergoes regioselective oxidation at the carboxyl end of the polyene moiety on treatment with potato 5-lipoxygenase. Neither (all-Z)-(eicosa-5,8,11,14-tetraenylthio)succinic acid nor N-[(all-Z)-(eicosa-5,8,11,14-tetraenoyl)]aspartic acid reacts in the presence of this enzyme, while N-[(all-Z)-(eicosa-5,8,11,14-tetraenoyl)]glycine affords the C11' oxidation product. The alcohol derived from (Z,Z,Z)-(octadeca-6,9, 12-trienyloxy)acetic acid using the 15-lipoxygenase reacts at the C6' position with the 5-lipoxygenase. (C) 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

On line pre-concentration for simultaneous determination of low molecular weight organic acids and inorganic anions in Amazonian river water samples employing ion chromatography with conductivity detection

An ion chromatography procedure, employing an IonPac AC15 concentrator column was used to investigate on line preconcentration for the simultaneous determination of inorganic anions and organic acids in river water. Twelve organic acids and nine inorganic anions were separated without any interference from other compounds and carry-over problems between samples. The injection loop was replaced by a Dionex AC15 concentrator column. The proposed procedure employed an auto-sampler that injected 1.5 ml of sample into a KOH mobile phase, generated by an Eluent Generator, at 1.5 mL min-1, which carried the sample to the chromatographic columns (one guard column, model AG-15, and one analytical column, model AS15, with 250 x 4mm i.d.). The gradient elution concentrations consisted of a 10.0 mmol l-1 KOH solution from 0 to 6.5 min, gradually increased to 45.0 mmol l-1 KOH at 21 min., and immediatelly returned and maintained at the initial concentrations until 24 min. of total run. The compounds were eluted and transported to an electro-conductivity detection cell that was attached to an electrochemical detector. The advantage of using concentrator column was the capability of performing routine simultaneous determinations for ions from 0.01 to 1.0 mg l-1 organic acids (acetate, propionic acid, formic acid, butyric acid, glycolic acid, pyruvate, tartaric acid, phthalic acid, methanesulfonic acid, valeric acid, maleic acid, oxalic acid, chlorate and citric acid) and 0.01 to 5.0 mg l-1 inorganic anions (fluoride, chloride, nitrite, nitrate, bromide, sulfate and phosphate), without extensive sample pretreatment and with an analysis time of only 24 minutes.

Production of biohydrogen from dark fermentation of organic wastes

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

Eliminació simultània de fòsfor i nitrogen en aigües residuals, utilitzant microorganismes DPAO en un reactor discontinu seqüencial (SBR)

En aquest estudi es realitzà eliminació biològica simultània de fòsfor i nitrogen en un Reactor Discontinu Seqüencial (SBR), el qual conté una biomassa enriquida amb Organismes Desnitrificadors Acumuladors de Fòsfor (DPAO) que utilitzen com a única font de carboni l’àcid propiònic i com acceptors d’electrons: nitrit en la fase anòxica i oxigen en l’aeròbica. L’SBR opera amb cicle de 8 h alternant fase anaeròbica, anòxica i aeròbica. El seguiment del sistema es realitzà mitjançant mesures on-line (titrimetria) i off-line (quantificació d’àcid propiònic, nitrit i fòsfor), utilitzant l’HPLC per quantificar l’àcid propiònic i cromatografia iònica per les mesures de nitrit i fòsfor. Amb aquest sistema es pretén augmentar la captació de fòsfor en la fase anòxica fet que s’aconseguí realitzant diferents canvis al reactor per tal de maximitzar el consum de nitrit en aquesta fase, ja fos allargant el temps de fase o augmentant la concentració de biomassa. Aquest experiment ha suposat un augment de la captació de fòsfor (33 mg P-PO4 3-/L), de l’eliminació neta de fòsfor (17 mg P-PO4 3-/L) i de consum de nitrit (27 mg N-NO2-). Per altra banda, es pretenia veure els efectes a curt termini de l’eliminació de la fase aeròbica a partir del seguiment de 2 cicle puntuals i d’un cicle de 32 h sense fase aeròbica. En ambdós casos s’aconseguí una eliminació neta de fòsfor.

Hormonal, global, and regional haemodynamic responses to a vascular antagonist of vasopressin in patients with congestive heart failure with and without hyponatraemia.

The pathophysiological role of an increase in circulating vasopressin in sustaining global and regional vasoconstriction in patients with congestive heart failure has not been established, particularly in patients with hyponatraemia. To assess this further, 20 patients with congestive heart failure refractory to digoxin and diuretics were studied before and 60 minutes after the intravenous injection (5 micrograms/kg) of the vascular antagonist of vasopressin [1(beta-mercapto-beta,beta-cyclopentamethylene-propionic acid), 2-(0-methyl) tyrosine] arginine vasopressin. Ten patients were hyponatraemic (plasma sodium less than 135 mmol/l) and 10 were normonatraemic. In both groups of patients the vascular vasopressin antagonist did not alter systemic or pulmonary artery pressures, right atrial pressure, pulmonary capillary wedge pressure, cardiac index, or vascular resistances. Furthermore, there was no change in skin and hepatic blood flow in either group after the injection of the vascular antagonist. Only one patient in the hyponatraemic group showed considerable haemodynamic improvement. He had severe congestive heart failure and a high concentration of plasma vasopressin (51 pmol/l). Plasma renin activity, vasopressin, or catecholamine concentrations were not significantly changed in response to the administration of the vasopressin antagonist in either the hyponatraemic or the normonatraemic groups. Patients with hyponatraemia, however, had higher baseline plasma catecholamine concentrations, heart rate, pulmonary pressure and resistance, and lower hepatic blood flow than patients without hyponatraemia. Plasma vasopressin and plasma renin activity were slightly, though not significantly, higher in the hyponatraemic group. Thus the role of vasopressin in sustaining regional or global vasoconstriction seems limited in patients with congestive heart failure whether or not concomitant hyponatraemia is present. Vasopressin significantly increases the vascular tone only in rare patients with severe congestive heart failure and considerably increased vasopressin concentrations. Patients with hyponatraemia do, however, have raised baseline catecholamine concentrations, heart rate, pulmonary arterial pressure and resistance, and decreased hepatic blood flow.

Carbamazepine augmentation in depressive patients non-responding to citalopram: a pharmacokinetic and clinical pilot study

Citalopram is a chiral antidepressant drug. Its eutomer, S-citalopram (escitalopram), has recently been introduced as an antidepressant. In an open pilot study, four outpatients and two inpatients with a major depressive episode (ICD-10), and who were nonresponders to a 4-week pretreatment with 40-60 mg/day citalopram, were comedicated for another 4-week period with carbamazepine (200-400 mg/day). Some of the patients suffered also from comorbidities: Phobic anxiety disorder with panic attacks (n=2), generalised anxiety disorder, alcohol abuse, dependent personality disorder, hypertension (n=1). After a 4-week augmentation therapy with carbamazepine, a significant (P<0.03) decrease of the plasma concentrations of S-citalopram and R-citalopram, by 27 and 31%, respectively, was observed. Apparently, the probable induction of CYP3A4 by carbamazepine results in a nonstereoselective increase in N-demethylation of citalopram. Moreover, there was a significant (P<0.03) decrease of the ratio S/R-citalopram propionic acid derivative, the formation of it being partly regulated by MAO-A and MAO-B. Already, within 1 week after addition of carbamazepine, there was a slight but significant (P<0.03) decrease of the MADRS depression scores, from 27.0+/-7.7 (mean+/-S.D.) to 23.3+/-6.6, and the final score on day 56 was 18.8+/-10.9. The treatment was generally well tolerated. There was no evidence of occurrence of a serotonin syndrome. After augmentation with carbamazepine, treatment related adverse events were: Nausea in one case, diarrhea in one case, and rash in two cases. In conclusion, the results of this pilot study suggest that carbamazepine augmentation of a citalopram treatment in previous nonresponders to citalopram may be clinically useful, but that in addition carbamazepine can lead to a decrease of the plasma concentrations of the active enantiomer escitalopram.

Determination of plasma levels of citalopram and its demethylated and deaminated metabolites by gas chromatography and gas chromatography-mass spectrometry.

Sensitive and specific methods based on gas chromatography (GC) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) for the determination of levels of citalopram, desmethylcitalopram and didesmethylcitalopram in the plasma of patients treated with citalopram are presented, as well as a GC-MS procedure for the assay of the citalopram propionic acid derivative. After addition of a separate internal standard for each drug, liquid-solvent extraction is used to separate the basic compounds from the acid compounds. The demethylated amines are derivatized with trifluoroacetic anhydride, and the acid metabolite with methyl iodide. GC-MS is performed in the electron impact mode, as mass spectrometry by the (positive-ion) chemical ionization mode (methane and ammonia) appeared to be unsuitable. The limits of quantification were 1 ng/ml for citalopram and desmethylcitalopram and 2 ng/ml for the other metabolites. The correlation coefficients for the calibration curves (range 10-500 ng/ml) were &gt; or = 0.999 for all compounds, whether determined by GC or GC-MS.

Stereoselective metabolism of citalopram in plasma and cerebrospinal fluid of depressive patients: relationship with 5-HIAA in CSF and clinical response.

Plasma and cerebrospinal fluid (CSF) concentrations of the enantiomers of citalopram (CIT), its N-demethylated metabolite demethylcitalopram (DCIT) and its deaminated metabolite citalopram propionic acid derivative (CIT-PROP) were measured in plasma and CSF in 22 depressed patients after a 4-week treatment with 40 mg/d citalopram, which was preceded by a 1-week washout period. CSF 5-hydroxyindoleacetic acid (5-HIAA) and homovanillic acid (HVA) were measured at baseline and after the 4-week CIT medication period. Patients were assessed clinically, using the Hamilton Depression Rating Scale (21-item HAM-D): at baseline and then at weekly intervals. CSF concentrations of S-CIT and R-CIT were 10.6 +/- 4.3 and 20.9 +/- 6 ng/mL, respectively, and their CSF/plasma ratios were 52% +/- 9% and 48% +/- 6%, respectively. The CIT treatment resulted in a significant decrease (28%) of 5-HIAA (P < 0.0001) and a significant increase (41%) of HVA in the CSF. Multiple linear regression analyses were performed to identify the impact of plasma and CSF CIT enantiomers and its metabolites on CSF monoamine metabolites and clinical response. There were 10 responders as defined by a > or =50% decrease of the HAM-D score (DeltaHAM-D) after the 4-week treatment. DeltaHAM-D correlated (Spearman) significantly with CSF S-CIT (r = - 0.483, P < 0.05), CSF S-CIT-PROP (r = -0.543, P = 0.01) (a metabolite formed from CIT by monoamine oxidase [MAO]) and 5-HIAA decrease (Delta5-HIAA) (r = 0.572, P = 0.01). The demonstrated correlations between pharmacokinetic parameters and the clinical outcome as well as 5-HIAA changes indicate that monitoring of plasma S-CIT, CSF S-CIT and CSF S-CIT-PROP may be of clinical relevance.

Muurahaishapon käyttö etikkahapon ja propionihapon sovelluksissa

Työssä tutkittiin muurahais-, etikka- ja propionihapon sekä näiden johdannaisten teollisia sovelluskohteita. Työn tarkoituksena oli löytää muurahaishapolle tai sen johdannaisille potentiaalisia käyttökohteita etikka- ja propionihapon sekä näiden johdannaisten teollisista sovelluskohteista. Työssä on laaja kirjallisuuskatsaus, jossa käsitellään muurahais-, etikka- ja propionihapon kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia, ekologisia ja korroosiovaikutuksia sekä yleensä orgaanisten happojen antimikrobisia ominaisuuksia. Tämän lisäksi työssä esitellään tarkasteltavien happojen sekä happojohdannaisten markkinat teollisissa sovelluksissa Yhdysvalloissa, Länsi-Euroopassa ja Japanissa. Korvaavuuksien syventävän analyysin avulla pyrittiin löytämään ne sovelluskohteet muurahaishapolle tai sen johdannaisille, joissa ne voisivat olla hinnaltaan kilpailukykyisiä vastaavien etikka-ja propionihapposovellusten kanssa. Mahdollisen korvaavuuden rajaksi asetettiin5 000 tonnia sovelluskohdetta kohti. Kirjallisuustutkimuksen perusteella etikkahapon estereiden (asetaattiestereiden) käyttökohde liuottimien komponentteinavoisi olla potentiaalisin käyttökohde vastaaville muurahaishapon estereille (formiaattiestereille). Asetaattiestereitä on ennustettu käytettävän maailmalla 2 808 000 tonnia vuonna 2006. Niiden pääkäyttöalueet ovat liuottimina pintapäällysteissä kuten maaleissa, lakoissa sekä painomusteissa ja -väreissä. Toistaiseksi formiaattiestereitä on hyödynnetty vain muutamia satoja tonneja lähinnä lääketeollisuuden sovelluksissa välituotteena. Työssä tehtyjen alustavien laskelmien perusteella muurahaishapon esterit ovat hintatasoltaan kilpailukykyinen vaihtoehto vastaaville asetaattiestereille. Diplomityön kokeellisessa osassa etyyliformiaattia valmistettiin menestyksekkäästi laboratoriomittakaavassa. Toinen potentiaalinen uusi tuote on selluloosaformiaattikuitu (SF-kuitu). Selluloosa-asetaattikuitua käytettiin vuonna 2001 845 000 tonnia, josta 79 % kului savukefilttereiden valmistukseen. SF-kuitu on kirjallisuuden mukaan vaihtoehtoinen raaka-aine savukefilttereiden valmistukseen.

Métabolisme d'antidépresseurs dans différentes espèces : aspects méthodologiques et pharmacogénétiques, perspectives cliniques

Résumé pour large public Unité de Biochimie et Psychopharmacologie Clinique, Centre de neurosciences Psychiatrique, Département de Psychiatrie Adulte, Faculté de Biologie et de Médecine, Université de Lausanne Lors de la prise d'un médicament, celui-ci va passer par différentes étapes que sont l'absorption, la distribution, le métabolisme et enfin l'élimination. Ces quatre étapes sont regroupées sous le nom de pharmacocinétique. A noter que ces quatre paramètres sont dynamiques et en constante évolution. Durant cette thèse, nous avons investigué différents aspects de la pharmacocinétique, tout d'abord par une revue de la littérature sur la glycoprotéine-P (Pgp). Récemment découverte, cette protéine de membrane est située aux endroits stratégiques de l'organisme comme la barrière hématoencéphalée, le placenta ou les intestins où elle influencera l'entrée de différentes substances, en particulier les médicaments. La Pgp serait impliquée dans les phénomènes de résistances aux agents thérapeutiques en oncologie. La Pgp influence donc l'absorption des médicaments, et son impact en clinique, en termes d'efficacité de traitement et de toxicité prend chaque jour plus d'importance. Ensuite nous avons mis au point une méthode d'analyse quantitative d'un antidépresseur d'une nouvelle génération : la mirtazapine (Remeron®). La nouveauté réside dans la façon dont la mirtazapine interagit avec les neurotransmetteurs impliqués dans la dépression que sont la sérotonine et la noradrénaline. Cette méthode utilise la chromatographie liquide pour séparer la mirtazapine de ses principaux métabolites dans le sang. La spectrométrie de masse est utilisée pour les détecter et les quantifier. Les métabolites sont des substances issues de réactions chimiques entre la substance mère, la mirtazapine, et généralement des enzymes hépatiques, dans le but de rendre cette substance plus soluble en vue de son élimination. Cette méthode permet de quantifier la mirtazapine et ses métabolites dans le sang de patients traités et de déterminer la variation des taux plasmatiques chez ces patients. Puis nous avons étudié le métabolisme d'un autre antidépresseur, le citalopram, qui a un métabolisme complexe. Le citalopram est un racémate, c'est-à-dire qu'il existe sous forme de deux entités chimiques (R-(-) et S-(+) citalopram) qui ont le même nombre d'éléments mais arrangés différemment dans l'espace. La voie métabolique cérébrale du citalopram est sous le contrôle d'une enzyme, la monoamine oxydase (MAO), conduisant à une forme acide du citalopram (l'acide propionique du citalopram). La MAO existe sous deux formes : MAO-A et MAO-B. Nous avons utilisé des souris déficientes d'un gène, celui de la MAO-A, pour mieux en comprendre le métabolisme en les comparants à des souris sauvages (sans déficience de ce gène). Nous avons utilisé le citalopram et deux de ses métabolites (le déméthylcitaloprarn et le didéméthyícitalopram) comme substrats pour tester la formation in vitro de l'acide propionique du citalopram. Nos résultats montrent que la MAO-A favorise la formation de l'entité R-(-) et présente une plus grande affinité pour le citalopram, tandis que la MAO-B métabolise préférentiellement l'entité S-(+) et a une plus grande affinité pour les deux métabolites déméthylés. De plus, la déficience en MAO-A est partiellement compensée parla MAO-B chez les souris déficientes du gène de la MAO-A. Enfin, nous avons étudié une deuxième voie métabolique du citalopram qui s'est avérée toxique chez le chien Beagle. Celle-ci est catalysée par une autre famille d'enzymes, les cytochromes P-450, et mène aux métabolites déméthylés et didéméthylés du citalopram. Nous avons utilisé des tissus hépatiques de chiens Beagle. Plusieurs cytochromes P-450 sont impliqués dans le métabolisme du citalopram menant à sa forme déméthylée, ceci tant chez l'homme que chez le chien. Par contre, dans le métabolisme de la forme déméthylée menant à 1a forme didéméthylée, un seul cytochrome P-450 serait impliqué chez l'Homme, tandis qu'ils seraient plusieurs chez le chien. L'activité enzymatique produisant la forme didéméthylée est beaucoup plus importante chez le chien comparé à l'homme. Cette observation soutien l'hypothèse que des taux élevés de la forme didéméthylée participent à la toxicité spécifique du citalopram chez le chien. Nous pouvons conclure que plusieurs famille d'enzymes sont impliquées tant au niveau cérébral qu'hépatique dans la métabolisation de médicaments psychotropes. Sachant que les enzymes peuvent être stimulées ou inhibées, il importe de pouvoir suivre au plus prés les taux plasmatiques des différents psychotropes et de leurs métabolites. Résumé Unité de Biochimie et Psychopharmacologie Clinique, Centre de neurosciences Psychiatrique, Département de Psychiatrie Adulte, Faculté de Biologie et de Médecine, Université de Lausanne La plupart des médicaments subissent une transformation enzymatique dans l'organisme. Les substances issues de cette métabolisation ne sont pas toujours dotées d'une activité pharmacologique. Il s'est avéré par conséquent indispensable de suivre les taux plasmatiques d'une substance et de ses métabolites et d'établir ou non l'existence d'une relation avec l'effet clinique observé. Ce concept nommé « therapeutic drag monitoring » (TDM) est particulièrement utile en psychiatrie ou un manque de compliance des patients est fréquemment observé. Les médicaments psychotropes ont un métabolisme principalement hépatique (cytochromes P-450) et parfois cérébral (monoamines oxydases), comme pour le citalopram par exemple. Une méthode stéréosélective de chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse a été développée pour analyser les énantiomères R-(-) et S-(+) d'un antidépresseur agissant sur les récepteurs noradrénergiques et sérotoninergiques, la mirtazapine et de ses métabolites déméthylmirtazapine et 8-hydroxymirtazapine. Les données préliminaires obtenues dans les plasmas dosés suggèrent que les concentrations de R-(-)-mirtazapine sont plus élevées que celles de S-(+)-mirtazapine, à l'exception des patients qui auraient comme co-médication des inhibiteurs du CYP2D6, telle que la fluoxétine ou la thioridazine. Il y a une enantiosélectivité du métabolisme de la mirtazapine. En particulier pour la 8-hydroxymirtazapine qui est glucuroconjuguée et pour laquelle le ratio S/R varie considérablement. Cette méthode analytique présente l'avantage d'être utilisable pour le dosage stéréosélectif de la mirtazapine et de ses métabolites dans le plasma de patients ayant d'autres substances en co-médication. La glycoprotéine P fonctionne comme une pompe transmembranaire transportant les xénobiotiques depuis le milieu intracellulaire vers le milieu extracellulaire. Son induction et son inhibition, bien que moins étudiées que pour les cytochromes P-450, ont des implications cliniques importantes en termes d'efficacité de traitement et de toxicité. Cette glycoprotéine P a fait l'objet d'une recherche bibliographique. Nous avons étudié le métabolisme du citalopram, un antidépresseur de la classe des inhibiteurs spécifiques de la recapture de la sérotonine chez la souris et chez le chien. Cette substance subit un métabolisme complexe. La voie de métabolisation conduisant à la formation de l'acide propionique du citalopram, catalysée par les monoamines oxydases, a été étudiée in vitro dans les mitochondries cérébrales chez la souris déficiente du gène de la MAO-A (Tg8). La monoamine oxydase A catalyse la formation de l'énantiomère R-(-) et présente une plus grande affinité pour les amines tertiaires, tandis que la monoamine oxydase B favorise la formation de la forme S-(+) et a une affinité plus marquée pour les amines secondaires et primaires. L'étude du citalopram chez la souris Tg8 adulte a montré que la monoamine oxydase B compense la déficience de la monoamine oxydase A chez ces souris génétiquement modifiées. Une autre voie de métabolisation du citalopram conduisant à la formation de didéméthylcitalopram, catalysée par les cytochromes P-450, a été étudiée in vitro dans des microsomes hépatiques de chiens Beagle. Nos études ont montré que les cinétiques de N-déméthylation du citalopram sont biphasiques chez le chien. Les orthologues canins impliqués dans la première N-déméthylation semblent être identiques aux cytochromes P-450 humains. Par contre, dans la deuxième Ndéméthylation, un seul cytochrome P-450 semble être impliqué chez l'homme (CYP2D6), tandis qu'on retrouve jusqu'à cinq orthologues chez le chien. Le CYP2D15, orthologue canin du CYP2D6, est majoritairement impliqué. De plus, l'activité enzymatique, reflétée par les clairances intrinsèques, dans la première N-déméthylation est jusqu'à 45 fois plus élevée chez le chien comparé à l'homme. Ces différentes observations soutiennent l'hypothèse que des taux élevés de didéméthylcitalopram sont responsables de la toxicité du citalopram chez le chien. Nous pouvons conclure que plusieurs famille d'enzymes sont impliquées tant au niveau cérébral qu'hépatique dans la métabolisation de médicaments psychotropes. Sachant -que les enzymes peuvent être induits ou inhibés, il importe de pouvoir suivre au plus près les taux plasmatiques des différents psychotropes et de leurs métabolites. Summary Most of the drugs are metabolized in the organism. Substances issued from this metabolic activity do not always show a pharmacological activity. Therefore, it is necessary to monitor plasmatic levels of drugs and their metabolites, and establish the relationship with the clinical effect. This concept named therapeutic drug monitoring is very useful in psychiatry where lack of compliance is commonly observed. Antidepressants are mainly metabolized in the liver (cytochrome P-450) and sometimes in the brain (monoamine oxidase) like the citalopram, for exemple. A LC-MS method was developed, which allows the simultaneous analysis of R-(-) and S-(+) enantiomers of mirtazapine, an antidepressant acting specifically on noradrenergic and serotonergic receptors, and its metabolites demethylmirtazapine and 8-hydroxymirtazapine in plasma of mirtazapine treated patients. Preliminary data obtained suggested that R-(-) mirtazapine concentrations were higher than those of S-(+) mirtazapine, except in patients comedicated with CYP2D6 inhibitors such as fluoxetine or thioridazine. There is an enantioselectivity in the metabolism of mirtazapine. In particular for the 8-hydroxymirtazapine, which is glucuroconjugated and S/R ratio varies considerably. Therefore this method seems to be suitable for the stereoselective assay of mirtazapine and its metabolites in plasma of patients comedicated with mirtazapine and other drugs for routine and research purposes. P-glycoprotein is working as an efflux transporter of xenobiotics from intracellular to extracellular environment. Its induction or inhibition, although less studied than cytochrome P-450, has huge clinical implications in terms of treatment efficacy and toxicity. An extensive literature search on P-glycoprotein was performed as part of this thesis. The study of citalopram metabolism, an antidepressant belonging to the class of selective serotonin reuptake inhibitors. This substance undergoes a complex metabolism. First metabolization route leading to citalopram propionic acid, catalyzed by monoamine oxidase was studied in vitro in mice brain mitochondria. Monoamine oxidase A catalyzed the formation of R-(-) enantiomer and showed greater affinity for tertiary amines, whereas monoamine oxidase B triggered the formation of S-(+) enantiomer and demonstrated higher affinity for primary and secondary amines. citalopram evaluation in adult Tg8 mice showed that monoamine oxidase B compensated monoamine oxidase A deficiency in those genetically transformed mice. The second metabolization route of citalopram leading to didemethylcitalopram and catalyzed by cytochrome P-450 was studied in vitro in Beagle dog's livers. Our results showed that citalopram N-demethylation kinetics are biphasic in dogs. Canine orthologs involved in the first N-demethylation seemed to be identical to human cytochromes P-450. However, in the second N-demethylation only one cytochrome P-450 seemed to be involved in human (CYP2D6), whereas up to five canine orthologs were found in dogs. CYP2D15 canine ortholog of CYP2D6 was mainly involved. In addition, enzymatic activity reflected by intrinsic clearance in the first N-demethylation was up to 45 fold higher in dogs compared to humans. Those observations support the assumption that elevated rates of didemethylcitalopram are responsible for citalopram toxicity in dogs. We can conclude that several enzymes groups are involved in the brain, as well as in the liver, in antidepressant metabolization. Knowing that enzymes may be induced or inhibited, it makes sense to closely monitor plasmatic levels of antidepressants and their metabolites.

Potentiometric titration as a method of determining the stoichiometric dissociation constants of weak acids from the thermodynamic dissociation constants of aqueous solutions at 298.15 K

The simple single-ion activity coefficient equation originating from the Debye-Hückel theory was used to determine the thermodynamic and stoichiometric dissociation constants of weak acids from data concerning galvanic cells. Electromotive force data from galvanic cells without liquid junctions, which was obtained from literature, was studied in conjuction with the potentiometric titration data relating to aqueous solutions at 298.15 K. The dissociation constants of weak acids could be determined by the presented techniques and almost all the experimental data studied could be interpreted within the range of experimental error. Potentiometric titration has been used here and the calculation methods were developed to obtain the thermodynamic and stoichiometric dissociation constants of some weak acids in aqueous solutions at 298.15 K. The ionic strength of titrated solutions were adjusted using an inert electrolyte, namely, sodium or potassium chloride. Salt content alonedetermines the ionic strength. The ionic strength of the solutions studied varied from 0.059 mol kg-1 to 0.37 mol kg-1, and in some cases up to 1.0 mol kg-1. The following substances were investigated using potentiometric titration: aceticacid, propionic acid, L-aspartic acid, L-glutamic acid and bis(2,2-dimethyl-3-oxopropanol) amine.

Neuropathogenesis in glutaric aciduria type I and methylmalonic aciduria

Glutaric aciduria type-I (GA-I) and methylmalonic aciduria (MMA-uria) are two neurometabolic diseases manifesting in neonatal period and early childhood. They belong to the group of organic acidurias and are caused by defects in the catabolism of amino acids, leading to massive accumulation of toxic metabolites in the body and severe brain injury. Therapeutic strategies are mainly based on reversing catabolic state during metabolic crisis and dietary protein restriction that both aim to prevent extra production of toxic metabolites. Specific and neuroprotective treatments are missing because the mechanisms of brain damage in these diseases are only poorly understood. The principal objective of my work was to develop in vitro models for both diseases aiming at elucidation of toxic effects of the main metabolites accumulating in GA-I (glutaric acid (GA) and 3-hydroxy glutaric acid (3-OHGA)) and MMA-uria (methylmalonic acid (MMA), propionic acid (PA) and 2-methylcitric acid (2-MCA)) on developing brain cells, and to study the cellular pathways targeted by these deleterious effects in order to find new therapeutic potentials. We used re-aggregated embryonic rat brain cells in organotypic 3D cultures, which were exposed to toxic metabolites at different developing stages of the cultures. In parallel, we studied the cellular localization of the defected enzyme in GA-I, glutaryl-CoA dehydrogenase (GCDH), in the brain and peripheral tissues of rats in adulthood and during embryonic development. GCDH expression: GCDH showed a strong neuronal expression in embryonic central and peripheral nervous system. In the adult brain, GCDH expression was exclusively neuronal with the strongest signal in cerebral cortex and Purkinje cells. GCDH expression was homogenous in embryonic peripheral organs with high levels in intestinal mucosa at late stages. Strong GCDH expression was also observed in liver and intestinal mucosa and with lower intensity in muscles, convoluted renal tubules and renal collecting tubes in adult peripheral organs. GA-I and MMA-uria in vitro models: 3-OHGA (for GA-I) and 2-MCA (for MMA-uria) showed the most deleterious effects at early stages of the cultures with morphological and biochemical alterations and induction of cell death. 3-OHGA and 2-MCA caused astrocytic cell suffering reflected by astrocytic fiber loss and swelling and retardation in oligodendrocytic maturation and/or differentiation. High ammonium increase concomitant with glutamine decrease was observed in these cultures. Neurons were not substantially affected. Our studies revealed that brain-cell generated ammonia may play a role in the neuropathogenesis of these diseases. Thus, developing neuroprotective strategies that target ammonium toxicity in the brain of GA-I and MMA-uria patients might be important according to our findings. -- L'acidurie glutarique de type I (GA-I) et l'acidurie méthylmalonique (MMA-urie) sont deux maladies neurométaboliques se manifestant durant la période néonatale ou la petite enfance, et qui appartiennent aux aciduries organiques. Elles sont causées par des défauts dans le catabolisme des acides aminés, conduisant à une accumulation des métabolites toxiques dans le corps et aussi des lésions cérébrales sévères. Le traitement est limité à une prise en charge d'urgence pendant la crise métabolique et à une diète restreinte en protéines naturelles. Des traitements spécifiques, neuroprotecteurs manquent principalement parce que les mécanismes conduisant aux lésions cérébrales dans ces maladies sont peu connus. L'objectif principal de mon travail était d'élucider les effets toxiques des métabolites accumulés dans GA-I (l'acide glutarique (GA) et l'acide 3-hydroxyglutarique (3-OHGA)) et MMA-uria (l'acide méthylmalonique (MMA), l'acide propionique (PA) et l'acide 2-méthylcitrique(2-MCA) sur les cellules du cerveau ainsi que les voies cellulaires impliquées, dans le but de trouver de potentielles nouvelles stratégies thérapeutiques. Nous avons utilisé un modèle in vitro de cultures 3D de cellules de cerveau d'embryons de rat (en développement) en les exposant aux métabolites toxiques à différents stades de développement des cultures. En parallèle, nous avons étudié la localisation cellulaire de l'enzyme déficiente dans GA-I, la CoA-glutarly déshydrogénase (GCDH), dans le cerveau et les organes périphériques des rats adultes et pendant le développement embryonnaire. L'expression de GCDH: GCDH a montré une expression neuronale forte dans le système nerveux chez l'embryon et le cerveau adulte. L'expression était homogène dans les organes périphériques avec une forte expression dans l'intestin. Les modèles in vitro de GA-I et MMA-uria : 3-OHGA en modèle GA-I et 2-MCA en modèle MMA-uria ont montré les effets délétères les plus importants avec des altérations morphologiques des cellules et biochimiques dans le milieu de culture et l'induction de mort cellulaire non-apoptotique (3-OHGA) ou apoptotique (2-MCA). 3-OHGA et 2-MCA ont provoqué une souffrance astrocytaire avec perte des fibres et gonflement et un retard de maturation et/ou de différentiation des oligodendrocytes. Une augmentation importante d'ammonium avec une diminution concomitante de glutamine a été observée dans les cultures. Les neurones n'étaient pas vraiment affectés. Nos études ont révélé que l'ammonium généré par les cellules cérébrales pourrait jouer un rôle dans la neuropathogenèse de ces deux maladies. Par conséquent, développer des stratégies neuroprotectrices ciblant la toxicité de l'ammonium dans le cerveau des patients atteints de GA-I ou MMA-urie pourrait être très important selon nos résultats.

Pattern of injury with a graded excitotoxic insult and ensuing chronic medial septal damage in the rat brain

Brain damage caused by an acute injury depends on the initial severity of the injury and the time elapsed after the injury. To determine whether these two variables activate common mechanisms, we compared the response of the rat medial septum to insult with a graded series of concentrations of a-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid (AMPA) with the time-course effects of a low dose of AMPA. For this purpose we conducted a dose-response study at concentrations of AMPA between 0.27 and 10.8 nmol to measure atrophy of the septal area, losses of cholinergic and GABAergic neurons, astroglial and microglial reactions, and calcification. Cholinergic neurons, whose loss paralleled the degree of septal atrophy produced by AMPA, are more sensitive than GABAergic neurons to the injury produced by AMPA. At doses of AMPA above 2.7 nmol, calcification and the degree of microglial reaction increased only in the GABAergic region of the septal area, whereas atrophy and neuronal loss reached a plateau. We chose the 2.7-nmol dose of AMPA to determine how these parameters were modified between 4 days and 6 months after injection. We found that atrophy and neuronal loss increased progressively through the 6-month study period, whereas astrogliosis ceased to be observed after 1 month, and calcium precipitates were never detected. We conclude that septal damage does not increase with the intensity of an excitotoxic insult. Rather, it progresses continuously after the insult. Because these two situations involve different mechanisms, short-term paradigms are inappropriate for interpreting the pathogenic mechanisms responsible for long-term neurodegenerative processes.