Développement d’un système de spectroscopie infrarouge résolue temporellement pour la quantification des concentrations d’hémoglobine cérébrale

L’étude du cerveau humain est un domaine en plein essor et les techniques non-invasives de l’étudier sont très prometteuses. Afin de l’étudier de manière non-invasive, notre laboratoire utilise principalement l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et l’imagerie optique diffuse (IOD) continue pour mesurer et localiser l’activité cérébrale induite par une tâche visuelle, cognitive ou motrice. Le signal de ces deux techniques repose, entre autres, sur les concentrations d’hémoglobine cérébrale à cause du couplage qui existe entre l’activité neuronale et le flux sanguin local dans le cerveau. Pour être en mesure de comparer les deux signaux (et éventuellement calibrer le signal d’IRMf par l’IOD), où chaque signal est relatif à son propre niveau de base physiologique inconnu, une nouvelle technique ayant la capacité de mesurer le niveau de base physiologique est nécessaire. Cette nouvelle technique est l’IOD résolue temporellement qui permet d’estimer les concentrations d’hémoglobine cérébrale. Ce nouveau système permet donc de quantifier le niveau de base physiologique en termes de concentrations d’hémoglobine cérébrale absolue. L’objectif général de ma maîtrise était de développer un tel système afin de l’utiliser dans une large étude portant sur la condition cardiovasculaire, le vieillissement, la neuroimagerie ainsi que les performances cognitives. Il a fallu tout d’abord construire le système, le caractériser puis valider les résultats avant de pouvoir l’utiliser sur les sujets de recherche. La validation s’est premièrement réalisée sur des fantômes homogènes ainsi qu’hétérogènes (deux couches) qui ont été développés. La validation des concentrations d’hémoglobine cérébrale a été réalisée via une tâche cognitive et appuyée par les tests sanguins des sujets de recherche. Finalement, on présente les résultats obtenus dans une large étude employant le système d’IOD résolue temporellement en se concentrant sur les différences reliées au vieillissement.

Impact des barrages de castors sur la variabilité spatiale et saisonnière des concentrations en mercure et en nutriments dans les ruisseaux des Laurentides

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Administration de [6]-gingérol intrathécal pour le traitement de la douleur neuropathique chez le rat mâle Sprague-Dawley

Le [6]-gingérol est un analogue structurel de la capsaïcine, une molécule agoniste au récepteurs TRPV1 et ayant des propriétés thérapeutiques connues dans le traitement de la douleur. Deux objectifs principaux ont été poursuivis lors de la réalisation de ce projet de recherche. D’abord, établir une meilleure caractérisation du métabolisme du [6]-gingérol chez le rat. Pour ce faire, une méthode sensible et spécifique pour la quantification du [6]-gingérol et ses métabolites par HPLC-ESI/MS/MS a été développée. Une étude de stabilité métabolique in vitro utilisant des microsomes hépatiques de rats a ensuite été réalisée. Les résultats démontrent une dégradation lente avec un temps de demi-vie de 163 minutes et une clairance intrinsèque relativement basse de 0.0043 mL/min. D’autres analyses ont ensuite été performées pour caractériser les métabolites in vitro et in vivo. Trois principaux métabolites de phase I et quatre métabolites de phase II ont été identifiés par HPLC-MS/MS et HPLC-MSD TOF. Les résultats suggèrent que le principal métabolite excrété dans l’urine est un glucuronide du [6]-gingérol hydroxylé. Le second objectif de ce projet était de déterminer l’effet central du [6]-gingérol sur la douleur neuropathique lorsqu’injecté par voie intrathécale. La distribution de la molécule a d’abord été évaluée suite à une administration intra-péritonéale de 40 mg/kg de [6]-gingérol et les ratios des concentrations cerveau-plasma et moelle épinière-plasma (0.73 et 1.7, respectivement) suggèrent que le [6]-gingérol se distribue efficacement au niveau du système nerveux central. Une injection intrathécale de 10 μg de [6]-gingérol à été performée chez les rats suite à l’induction de douleur par la pose de ligatures au niveau du nerf sciatique. Les résultats suggèrent une réduction significative de l’allodynie mécanique et de l’hyperalgésie thermique à 30 min, 2 h et 4 h suivant l’injection (p < 0.05, p < 0.01 et p < 0.001). Le [6]-gingérol se distribue donc adéquatement au niveau du système nerveux central des rats, permettant une action au niveau des récepteurs TRPV1. Ainsi, le [6]-gingérol pourrait soulager la douleur neuropathique en agissant centralement au niveau de la moelle épinière.

Rôle des acides gras polyinsaturés essentiels dans l'infarctus du myocarde

Les maladies cardiovasculaires représentent la deuxième cause de mortalité en Amérique du Nord. Ceci peut s'expliquer par la consommation riche en gras des Nord-Américains et par un apport élevé en oméga-6. Inversement, des populations qui ont un apport moindre en oméga-6 et plus riche en oméga-3, telles que les Japonais et les Inuits, ont une incidence peu élevée de maladies cardiovasculaires. Les oméga-3 s'avèrent effectivement bénéfiques pour prévenir l'apparition de maladies cardiovasculaires. Dans le cadre d'un infarctus du myocarde, les oméga-3 sont bénéfiques en prévention secondaire et s'avèrent cardioprotecteurs lorsque consommés avant l'épisode d'infarctus. De manière à utiliser les oméga-3 de façon plus clinique, le but de la première étude était de vérifier si un métabolite des oméga-3 impliqué dans la résolution de l'inflammation, la résolvine D1, pouvait s'avérer cardioprotecteur lorsque donné au moment de l'infarctus. Effectivement, la résolvine D1, donnée juste avant l'ischémie, s'avère cardioprotectrice en entraînant une diminution de l'inflammation, soit en favorisant la résolution de l'inflammation, et en activant une voie de cardioprotection qui entraîne la survie cellulaire. Par ailleurs, étant donné que la diète de la population canadienne est riche en oméga-6, l’objectif de la deuxième étude était de vérifier si l'effet de la résolvine D1 est conservé en présence d'un oméga-6, l'acide linoléique. Nos résultats nous indiquent que la résolvine D1 perd son effet cardioprotecteur en présence de l'acide linoléique. Celle-ci semble aggraver les lésions ischémiques, possiblement, par, la génération de métabolites pro-inflammatoires et vasoconstricteurs qui accroît les effets de l'ischémie. Ainsi, il est essentiel de tenir compte de l'apport en oméga-6 pour envisager un traitement à la résolvine D1 et d'encourager une diminution des oméga-6 dans l'alimentation au profit des oméga-3. Enfin, la troisième étude de cette thèse visait à vérifier le mécanisme de cardioprotection des oméga-3 afin de savoir si ce sont les métabolites issus des oméga-3 qui génèrent la cardioprotection. L'utilisation des inhibiteurs du métabolisme des oméga-3, soit la 15-lipoxygénase et la cyclo-oxygénase 2, inhibe la cardioprotection conférée par une diète riche en oméga-3. De plus, les inhibiteurs diminuent les concentrations de résolvine D1 plasmatique. Puis, la résolvine D1, donnée en présence des inhibiteurs, restaure la cardioprotection. De ce fait, les métabolites générés par les oméga-3, dont la résolvine D1, sont importants dans l’effet cardioprotecteur des acides gras oméga-3. En conclusion, la résolvine D1 peut s'avérer une option intéressante pour bénéficier des effets des oméga-3 lorsque celle-ci est donnée au moment de l'infarctus. D'ailleurs, les métabolites, tels que la résolvine D1, sont essentiels pour obtenir la cardioprotection avec les oméga-3. Toutefois, l'alimentation des patients doit contenir moins d’oméga-6 afin de bénéficier des aspects cardioprotecteurs des oméga-3. Les oméga-6 sont trop proéminents dans l'alimentation nord-américaine, ce qui est néfaste pour le système cardiovasculaire.

Contribution de modèle demande-contrôle-soutien à la variation des concentrations de cortisol salivaire

L’objectif principal de ce mémoire est d’approfondir les connaissances à propos de l’impact des stresseurs organisationnels sur la concentration du cortisol salivaire. Plus précisément, nous étudierons la contribution des modèles demande-contrôle de Karasek (1979) et demande-contrôle-soutien de Karasek et Theorell (1990) à la variation du cortisol salivaire chez les individus. Les associations entre les composantes principales de chacun des modèles (demandes psychologiques, latitude décisionnelle et soutien social), mais également les effets d’interaction inclus dans ces modèles, c’est-à-dire de l’effet modérateur de la latitude décisionnelle et du soutien social, seront étudiés. L’axe HPS a été associé aux symptômes de la santé mentale (Abelson et al., 2007; Havermans et al., 2011; Vreeburg et al., 2009b, 2010, 2013; Staufenbiel, 2013) ainsi qu’aux stresseurs en milieu de travail (Chida et Steptoe, 2009). À l’heure actuelle, le cortisol salivaire serait un indicateur de l’axe hypothalamo-pituito-surrénalien (HPS) le plus prometteur pour mesurer la réponse physiologique face à un événement stressant ou à un stress chronique (Maïna et al., 2009). Les données proviennent de l’étude SALVEO, menée par l’Équipe de recherche sur le travail et la santé mentale de l’Université de Montréal. Les résultats des analyses multiniveaux ne soutiennent pas l’implication du modèle demande-contrôle-soutien sur la concentration de cortisol. En effet, elles ne permettent pas de conclure que les effets, autant principaux que d’interaction, du modèle demande-contrôle-soutien expliquent la variation dans les concentrations de cortisol. La consommation de tabac est significativement reliée à la concentration de cortisol salivaire et doit être prise en considération dans les études futures. Par conséquent, ces résultats suggèrent que d’autres recherches sont nécessaires pour comprendre comment les stresseurs du travail s’incorporent à l’individu au niveau physiologique. Des connaissances approfondies de ces associations permettraient de mieux comprendre les associations entre le stress à long terme et les effets sur la santé, c’est-à-dire, comment les tensions au travail affectent la santé mentale à long terme (Karhula et al., 2015).

La texture et la granulométrie de la moulée influencent les concentrations d’acide propionique et butyrique de même que la prévalence d’Escherichia coli dans le tractus gastro-intestinal du porc d’engraissement

Certaines stratégies alimentaires sont actuellement considérées pour remplacer l’usage des antimicrobiens dans les fermes porcines. Les objectifs de cette étude étaient d'évaluer l'effet de la granulométrie et de la texture des aliments sur les concentrations d'acides gras volatils intestinaux, la composition des populations pathogènes et commensales d’E. coli et sur les performances de croissance des porcs. Des porcs d'engraissement (n= 840) ont reçu l'une des six diètes suivantes: moulée texturée 500, 750 et 1250 µm et moulée cubée 500, 750 et 1250 µm. Le gain de poids a été mesuré à chaque changement de formulation de moulée. À l'abattoir, les contenus du caecum et du côlon de 165 porcs ont été échantillonnés pour le dénombrement des E. coli par PCR quantitatif (qPCR) et pour la quantification des AGV. Le gène yccT a été utilisé pour dénombrer les E. coli totaux. Une diminution du taux de conversion alimentaire a été associée avec la moulée cubée et/ou la moulée de 500 µm. Les concentrations d’acide propionique et butyrique, et ce tant au niveau du caecum que du côlon, étaient plus élevées chez les porcs recevant de la moulée texturée que chez ceux recevant de la moulée cubée. Du point de vue de la granulométrie, les concentrations caecales et du côlon d’acide butyrique étaient plus élevées chez les porcs alimentés avec de la moulée de 1250 µm que chez ceux recevant de la moulée de 500 µm. D'autre part, les niveaux intestinaux d’E. coli totaux étaient plus élevés pour les porcs nourris avec de la moulée cubée que pour ceux ayant reçu de la moulée texturée. Les résultats ont montré que la moulée texturée est associée à des performances de croissance plus faibles mais à des changements intestinaux favorables.

Nitrification in a packed bed bioreactor integrated into amarine recirculating maturation system under different substrate concentrations and flow rates

BACKGROUND: A packed bed bioreactor (PBBR) activated with an indigenous nitrifying bacterial consortia was developed and commercialized for rapid establishment of nitrification in brackish water and marine hatchery systems in the tropics. The present study evaluated nitrification in PBBR integrated into a Penaeus monodon recirculating maturation system under different substrate concentrations and flow rates. RESULTS:Instantnitrificationwasobservedafter integration ofPBBRinto thematuration system.TANandNO2-Nconcentrations were always maintained below0.5 mg L−1 during operation. The TANandNO2-N removalwas significant (P < 0.001) in all the six reactor compartments of the PBBR having the substrates at initial concentrations of 2, 5 and 10 mg L−1. The average volumetric TAN removal rates increased with flow rates from 43.51 (250 L h−1) to 130.44 (2500 L h−1) gTAN m−3 day−1 (P < 0.05). FISH analysis of the biofilms after 70 days of operation gave positive results with probes NSO 190 ((β ammonia oxidizers), NsV 443 (Nitrosospira spp.) NEU (halophilic Nitrosomonas), Ntspa 712 (Phylum Nitrospira) indicating stability of the consortia. CONCLUSION: The PBBR integrated into the P. monodon maturation system exhibited significant nitrification upon operation for 70 days as well as at different substrate concentrations and flow rates. This system can easily be integrated into marine and brackish water aquaculture systems, to establish instantaneous nitrification

Effects of grassland renovation on carbon concentrations and aggregate distribution in temperate grassland soils

The effects of continuous tillage on the distribution of soil organic matter (SOM) and aggregates have been well studied for arable soils. However, less is known about the effects of sporadic tillage on SOM and aggregate dynamics in grassland soils. The objectives of the present thesis were (I) to study the longer-term effects of sporadic tillage of grassland on organic carbon (Corg) stocks and the distribution of aggregates and SOM, (II) to investigate the combined effects of sporadic tillage and fertilization on carbon and nitrogen dynamics in grassland soils, and (III) to study the temporal dynamics of Corg stocks, aggregate distribution and microbial biomass in grassland soils. Soil samples were taken in three soil depths (0 – 10 cm; 10 – 25 cm; 25 – 40 cm) from a field trial with loamy sandy soils (Cambisols, Eutric Luvisols, Stagnosols, Anthrosols) north of Kiel, Germany. For Objective I we have sampled soil two and five years after one or two tillage operation(s). Treatments consisted of (i) permanent grassland, (ii) tillage of grassland followed by a re-establishment of grassland and (iii) tillage of grassland followed by a re-establishment of grassland with one season of winter wheat in between. The tillage in grassland led to a reduction in Corg stocks, large macroaggregates (>2000 µm) and SOM in the top 10 cm soil depth. These findings were still significant two years after tillage; however, five years after tillage no longer present. Regarding the soil profile (0 – 40 cm) no significant differences in the mentioned parameters between the tilled plots and the permanent grassland existed. A second tillage event and the insertion of one season of winter wheat did not lead to any further effects on Corg stocks as well as aggregate and SOM concentrations in comparison with a single tillage event in these grassland soils. Treatments adapted for Objective II included (i) long-term grassland and (ii) tillage of grassland followed by a re-establishment of grassland with one season of winter wheat in between. The plots were split and received either 240 kg N ha-1 year-1 in the form of cattle slurry or no cattle slurry application. The application of slurry within a period of four years had no effects on the Corg and total nitrogen stocks or the aggregate distribution, but led to a reduction of free and not physically protected SOM. However, the application of cattle slurry and the grassland renovation seems to change the plant species composition and therefore generalizations on the direct effects are not yet possible. For studying Objective III a further field trial was initiated in September 2010. Soil samples were taken six times within one year (from October 2010 to October 2011) (i) after the conversion from arable land into grassland, (ii) after the tillage of grassland followed by a re-establishment of grassland and (iii) in a permanent grassland. We found an increase in the microbial and fungal biomass after the conversion of arable land into grassland, but no effect on aggregate distribution and Corg stocks. A one-time tillage operation in grassland led to a reduction in large macroaggregates and Corg stocks in the top 10 cm soil depth with no effect on the sampled soil profile. However, we found large variations in the fungal biomass and aggregate distribution within one year in the permanent grassland, presumably caused by environmental factors. Overall, our results suggest that a single tillage operation in grassland soils markedly decreased the concentrations of Corg, larger aggregates and SOM. However, this does not result in long-lasting effects on the above mentioned parameters. The application of slurry cannot compensate the negative effects of a tillage event on aggregate concentrations or Corg stocks. However, while the Corg concentration is not subject to fluctuations within a year, there are large variations of the aggregate distribution even in a permanent grassland soil. Therefore conclusions of results from a single sampling time should be handled with care.

Corticosterone plasma concentrations in Carioca High- and Low-Conditioned freezing rats after a fear conditioned task

Our group in the Psychology Department at Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio) developed a rat genetic model of extreme freezing in response to contextual cues in an experimental chamber previously associated with footshock. One of the lines, Carioca High Freezing (CHF), exhibits an enhanced conditioned freezing response, whereas the other line, Carioca Low Freezing (CLF), shows the opposite response. The present study investigated corticosterone concentration between these two lines of animals and a random (RND) line of rats both under basal conditions and test condition after an emotional challenge using a contextual fear conditioning protocol. Comparisons between basal and test plasma corticosterone concentrations suggested differential basal and fear-induced differences between the two lines. The differences between basal conditions is an important and relevant aspect to be considered in behavioral experiments using or assessing stress and could help to understand variability in naïve populations.

Statistical inference of OH concentrations and air mass dilution rates from successive observations of non-methane hydrocarbons in single air masses

Bayesian inference has been used to determine rigorous estimates of hydroxyl radical concentrations () and air mass dilution rates (K) averaged following air masses between linked observations of nonmethane hydrocarbons (NMHCs) spanning the North Atlantic during the Intercontinental Transport and Chemical Transformation (ITCT)-Lagrangian-2K4 experiment. The Bayesian technique obtains a refined (posterior) distribution of a parameter given data related to the parameter through a model and prior beliefs about the parameter distribution. Here, the model describes hydrocarbon loss through OH reaction and mixing with a background concentration at rate K. The Lagrangian experiment provides direct observations of hydrocarbons at two time points, removing assumptions regarding composition or sources upstream of a single observation. The estimates are sharpened by using many hydrocarbons with different reactivities and accounting for their variability and measurement uncertainty. A novel technique is used to construct prior background distributions of many species, described by variation of a single parameter . This exploits the high correlation of species, related by the first principal component of many NMHC samples. The Bayesian method obtains posterior estimates of , K and following each air mass. Median values are typically between 0.5 and 2.0 × 106 molecules cm−3, but are elevated to between 2.5 and 3.5 × 106 molecules cm−3, in low-level pollution. A comparison of estimates from absolute NMHC concentrations and NMHC ratios assuming zero background (the “photochemical clock” method) shows similar distributions but reveals systematic high bias in the estimates from ratios. Estimates of K are ∼0.1 day−1 but show more sensitivity to the prior distribution assumed.

Radar studies of the vertical distribution of insects migrating over southern Britain: the influence of temperature inversions on nocturnal layer concentrations

Insects migrating over two sites in southern UK (Malvern in Worcestershire, and Harpenden in Hertfordshire) have been monitored continuously with nutating vertical-looking radars (VLRs) equipped with powerful control and analysis software. These observations make possible, for the first time, a systematic investigation of the vertical distribution of insect aerial density in the atmosphere, over temporal scales ranging from the short (instantaneous vertical profiles updated every 15 min) to the very long (profiles aggregated over whole seasons or even years). In the present paper, an outline is given of some general features of insect stratification as revealed by the radars, followed by a description of occasions during warm nights in the summer months when intense insect layers developed. Some of these nocturnal layers were due to the insects flying preferentially at the top of strong surface temperature inversions, and in other cases, layering was associated with higher-altitude temperature maxima, such as those due to subsidence inversions. The layers were formed from insects of a great variety of sizes, but peaks in the mass distributions pointed to a preponderance of medium-sized noctuid moths on certain occasions.

A field study of factors influencing the concentrations of a traffic-related pollutant in the vicinity of a complex urban junction

The paper describes a field study focused on the dispersion of a traffic-related pollutant within an area close to a busy intersection between two street canyons in Central London. Simultaneous measurements of airflow, traffic flow and carbon monoxide concentrations ([CO]) are used to explore the causes of spatial variability in [CO] over a full range of background wind directions. Depending on the roof-top wind direction, evidence of both flow channelling and recirculation regimes were identified from data collected within the main canyon and the intersection. However, at the intersection, the merging of channelled flows from the canyons increased the flow complexity and turbulence intensity. These features, coupled with the close proximity of nearby queuing traffic in several directions, led to the highest overall time-average measured [CO] occurring at the intersection. Within the main street canyon, the data supported the presence of a helical flow regime for oblique roof-top flows, leading to increased [CO] on the canyon leeward side. Predominant wind directions led to some locations having significantly higher diurnal average [CO] due to being mostly on the canyon leeward side during the study period. For all locations, small changes in the background wind direction could cause large changes in the in-street mean wind angle and local turbulence intensity, implying that dispersion mechanisms would be highly sensitive to small changes in above roof flows. During peak traffic flow periods, concentrations within parallel side streets were approximately four times lower than within the main canyon and intersection which has implications for controlling personal exposure. Overall, the results illustrate that pollutant concentrations can be highly spatially variable over even short distances within complex urban geometries, and that synoptic wind patterns, traffic queue location and building topologies all play a role in determining where pollutant hot spots occur.

Effect of time and mode of depuration on tissue copper concentrations of the earthworms Eisenia andrei, Lumbricus rubellus and Lumbricus terrestris

Eisenia andrei, Lumbricus rubellus and Lumbricus terrestris were exposed to 250, 250 and 350 mg kg(-1) Cu respectively in Cu(NO3)(2(aq)) amended soil for 28 d. Earthworms were then depurated for 24 to 72 h, digested and analysed for Cu and Ti or, subsequent to depuration were dissected to remove any remaining soil particles from the alimentary canal and then digested and analysed. This latter treatment proved impossible for E. andrei due to its small size. Regardless of depuration time, soil particles were retained in the alimentary canal of L. rubellus and L. terrestris. Tissue concentration determinations indicate that E. andrei should be depurated for 24 h, L. rubellus for 48 h and L. terrestris should be dissected. Ti was bioaccumulated and therefore could not be used as an inert tracer to determine mass of retained soil. Calculations indicate that after 28 d earthworms were still absorbing Cu from soil. (C) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A preliminary investigation into mining and smelting impacts on trace element concentrations in the soils and vegetation around Tharsis, SW Spain

Toxic trace elements present an environmental hazard in the vicinity of mining and smelting activities. However. the processes of transfer of these elements to groundwater and to plants are not always clear. Tharsis mine. in the Iberian pyrite belt (SW Spain), has been exploited since 2500 BC, with extensive smelting, taking place front the 1850S until the 1920s. Sixty four soil (mainly topsoils) and vegetation samples were collected in February 2001 and analysed by ICP-AES for 23 elements. Concentrations are 6-6300 mg kg(-1) As and 14-24800 mg kg(-1) Pb in soils, and 0.20-9 mg kg(-1) As and 2-195 mg Pb in vegetation. Trace element concentrations decrease rapidly away from the mine. with As and Pb concentrations in the range 6-1850 mg kg(-1) (median 22 mg kg(-1)) and 14-31 mg, kg(-1) (median 43 mg, kg(-1)), respectively, 1 km away from the mine. These concentrations are low when compared to other well-studied mining and smelting areas (e.g. 600 mg kg(-1) As at 8 km from Yellowknife smelter, Canada; >100 mg kg(-1) Pb over 270 km(2) around the Pb-Zn Port Pirie smelter. South Australia: mean of 1419 mg kg(-1) Pb around Aberystwyth smelter, Wales, UK). The high metal content of the vegetation and the low soil pH (mean pH 4.93) indicate the potential for trace element mobility which Could explain the relatively low concentration of metals in Tharsis topsoils and cause threats to plans to redevelop the Tharsis area as an orange plantation.