Ellagitannins in Finnish plant species – Characterization, distribution and oxidative activity

Ellagitannins are secondary metabolites that are produced by plants. Among other features, they are assumed to function as plants’ defensive compounds against plant-eating herbivores. This thesis focuses on a theory, which suggests that the biological activity of ellagitannins is based on their tendency to oxidize at the highly alkaline gut conditions of insect herbivores (oxidative activity). To study the biological activities of ellagitannins, a wide variety of structurally different ellagitannins were purified from different plant species by using liquid chromatographic techniques. The structures were characterized with the aid of spectrometric methods. Based on the acquired data, it was also possible to create a scheme, which enables the classification and even identification of ellagitannins from plant extracts without the need to isolate each compound for individual characterization. The biological activities of ellagitannins were determined with methods that are based on the abilities of the compounds to scavenge radicals, chelate iron ions, and on their rate of oxidation at high pH. The results showed that ellagitannins possess oxidative activities both at high and neutral pH, and that their activities depend on structure. The occurrence, distribution and content of ellagitannins in Finnish plant species were also studied. The specific ellagitannin profiles of the studied plant species were found to correlate well with their taxonomic classification.

Lipase and esterase: to what extent can this classification be applied accurately?

Enzyme technology is an ever-growing field of knowledge and, in recent years, this technology has raised renewed interest, due to the search for new paradigms in several productive processes. Lipases, esterases and cutinases are enzymes used in a wide range of processes involving synthesis and hydrolysis reactions. The objective of this work was to investigate and compare the specific lipase and esterase activities of five enzymes - four already classified as lipases and one classified as cutinase - in the presence of natural and synthetic substrates. All tested enzymes presented both esterase and lipase specific activities. The highest specific esterase activity was observed for Aspergillus 1068 lipase in natural substrate and for F. oxysporum cutinase in synthetic substrate, while the highest specific lipase activity was observed for Geotrichum sp. lipase in natural substrate and for F. oxysporum cutinase in synthetic substrate. These results display some interface-independent lipolytic activity for all lipases tested. This is in accordance with the rationale that a new and broader definition of lipases may be necessary.

Rhythmic Masticatory Muscle Activity during Sleep: Etiology and Clinical Perspectives

L’activité rythmique des muscles masticateurs (ARMM) pendant le sommeil se retrouve chez environ 60% de la population générale adulte. L'étiologie de ce mouvement n'est pas encore complètement élucidée. Il est cependant démontré que l’augmentation de la fréquence des ARMM peut avoir des conséquences négatives sur le système masticatoire. Dans ce cas, l'ARMM est considérée en tant que manifestation d'un trouble moteur du sommeil connue sous le nom de bruxisme. Selon la Classification Internationale des Troubles du Sommeil, le bruxisme est décrit comme le serrement et grincement des dents pendant le sommeil. La survenue des épisodes d’ARMM est associée à une augmentation du tonus du système nerveux sympathique, du rythme cardiaque, de la pression artérielle et elle est souvent en association avec une amplitude respiratoire accrue. Tous ces événements peuvent être décrits dans le contexte d’un micro-éveil du sommeil. Cette thèse comprend quatre articles de recherche visant à étudier i) l'étiologie de l’ARMM pendant le sommeil en relation aux micro-éveils, et à évaluer ii) les aspects cliniques du bruxisme du sommeil, du point de vue diagnostique et thérapeutique. Pour approfondir l'étiologie de l’ARMM et son association avec la fluctuation des micro-éveils, nous avons analysé le patron cyclique alternant (ou cyclic alternating pattern (CAP) en anglais), qui est une méthode d’analyse qui permet d’évaluer l'instabilité du sommeil et de décrire la puissance des micro-éveils. Le CAP a été étudié chez des sujets bruxeurs et des sujets contrôles qui ont participé à deux protocoles expérimentaux, dans lesquels la structure et la stabilité du sommeil ont été modifiées par l'administration d'un médicament (la clonidine), ou avec l'application de stimulations sensorielles (de type vibratoire/auditif) pendant le sommeil. Dans ces deux conditions expérimentales caractérisées par une instabilité accrue du sommeil, nous étions en mesure de démontrer que les micro-éveils ne sont pas la cause ou le déclencheur de l’ARMM, mais ils représentent plutôt la «fenêtre permissive» qui facilite l'apparition de ces mouvements rythmiques au cours du sommeil. Pour évaluer la pertinence clinique du bruxisme, la prévalence et les facteurs de risque, nous avons effectué une étude épidémiologique dans une population pédiatrique (7-17 ans) qui était vue en consultation en orthodontie. Nous avons constaté que le bruxisme est un trouble du sommeil très fréquent chez les enfants (avec une prévalence de 15%), et il est un facteur de risque pour l'usure des dents (risque relatif rapproché, RRR 8,8), la fatigue des muscles masticateurs (RRR 10,5), les maux de tête fréquents (RRR 4,3), la respiration bruyante pendant le sommeil (RRR 3,1), et divers symptômes liés au sommeil, tels que la somnolence diurne (RRR 7,4). Ces résultats nous ont amenés à développer une étude expérimentale pour évaluer l'efficacité d'un appareil d'avancement mandibulaire (AAM) chez un groupe d'adolescents qui présentaient à la fois du bruxisme, du ronflement et des maux de tête fréquents. L'hypothèse est que dans la pathogenèse de ces comorbidités, il y a un mécanisme commun, probablement lié à la respiration pendant le sommeil, et que l'utilisation d'un AAM peut donc agir sur plusieurs aspects liés. À court terme, le traitement avec un AAM semble diminuer l'ARMM (jusqu'à 60% de diminution), et améliorer le ronflement et les maux de tête chez les adolescents. Cependant, le mécanisme d'action exact des AAM demeure incertain; leur efficacité peut être liée à l'amélioration de la respiration pendant le sommeil, mais aussi à l'influence que ces appareils pourraient avoir sur le système masticatoire. Les interactions entre le bruxisme du sommeil, la respiration et les maux de tête, ainsi que l'efficacité et la sécurité à long terme des AAM chez les adolescents, nécessitent des études plus approfondies.

Participation in leisure and physical activity among children and adolescents with juvenile idiopathic arthritis

Contexte: L’arthrite juvénile idiopathique (AJI) est l’une des maladies chroniques auto-immune les plus répandues chez les enfants et est caractérisée par des enflures articulaires (maladie active), de la douleur, de la fatigue et des raideurs matinales pouvant restreindre leur niveau de participation aux activités quotidiennes (par exemple: les loisirs, l’activité physique, la mobilité et les soins personnels) à la maison comme à l’école. Participer aux activités de loisirs et à l’activité physique a des bienfaits au niveau de la santé et du développement de tous les enfants et démontrent aussi des effets positifs qui réduisent les symptômes des maladies chroniques telle l’AJI. Malgré ces bienfaits la participation aux loisirs chez les jeunes avec l’AJI demeure largement sous-étudiée. Objectifs: Cette étude vise à évaluer le niveau de participation aux loisirs et à l’activité physique chez les enfants et les adolescents atteints d’AJI, ainsi qu’à identifier les facteurs liés à la maladie, la personne et l’environnement. Méthodes : L’évaluation du niveau de participation et l’exploration des facteurs associés aux loisirs et à l’activité physique ont été complétés par l’entremise d’une revue systématique de la littérature, l’analyse de données d’un échantillon national représentatif d’enfants canadiens atteints d’arthrite âgés entre 5 et 14 ans (npondéré = 4350), ainsi que l’analyse standardisée du niveau de participation aux loisirs à l’aide du Children’s Assessment of Participation and Enjoyment (n=107) et la mesure objective de l’activité physique par accéléromètre (n=76) auprès d’un échantillon d’enfants (âgés entre 8 et 11 ans ) et d’adolescents (âgés entre 12 et 17 ans) suivis en clinique de rhumatologie à l’hôpital de Montréal pour enfants, Centre Universitaire de Santé McGill. Les résultats cliniques ont été comparés à des données normatives, ainsi qu’à un groupe contrôle sans AJI. Nous avons exploré les facteurs associés avec le niveau de participation aux loisirs et à l’activité physique en utilisant les modèles de régression linéaire multiple et l’analyse hiérarchique. Résultats : Les enfants et les adolescents atteints d’AJI participent à une multitude d’activités de loisirs; cependant ils sont moins souvent impliqués dans des activités physiques et de raffinement en comparaison aux autres types d’activités de loisirs. Ceux avec l’AJI étaient en général moins actifs que leurs pairs sans arthrite et la plupart n’atteignaient pas les recommandations nationales d’activité physique. Les garçons avec l’AJI participent plus souvent à des activités physiques et moins aux activités sociales, de raffinement et de développement de soi en comparaison avec les filles ayant l’AJI. En général, être un garçon, être plus âgé, avoir une meilleure motivation pour participer aux activités de motricité globale, avoir un statut socio-économique plus élevé et être d’origine culturelle canadienne sont associés à un niveau de participation plus élevé aux activités physiques. La préférence pour les activités de raffinement, un niveau d’éducation maternelle plus élevé et être une fille étaient associés à un niveau de participation plus élevé aux activités de raffinement. Conclusion: La participation aux loisirs et à l’activité physique en AJI est un concept complexe et semble surtout être expliqué par des facteurs personnels et environnementaux. L’identification des facteurs associés aux loisirs et à l’activité physique est très importante en AJI puisqu’elle peut permettre aux professionnels de la santé de développer des interventions significatives basées sur les activités préférées des enfants, améliorer l’observance au traitement et promouvoir des habitudes de vie saine.

Analysis of intrinsic cardiac neuron activity in relation to neurogenic atrial fibrillation and vagal stimulation

La fibrillation auriculaire est le trouble du rythme le plus fréquent chez l'homme. Elle conduit souvent à de graves complications telles que l'insuffisance cardiaque et les accidents vasculaires cérébraux. Un mécanisme neurogène de la fibrillation auriculaire mis en évidence. L'induction de tachyarythmie par stimulation du nerf médiastinal a été proposée comme modèle pour étudier la fibrillation auriculaire neurogène. Dans cette thèse, nous avons étudié l'activité des neurones cardiaques intrinsèques et leurs interactions à l'intérieur des plexus ganglionnaires de l'oreillette droite dans un modèle canin de la fibrillation auriculaire neurogène. Ces activités ont été enregistrées par un réseau multicanal de microélectrodes empalé dans le plexus ganglionnaire de l'oreillette droite. L'enregistrement de l'activité neuronale a été effectué continument sur une période de près de 4 heures comprenant différentes interventions vasculaires (occlusion de l'aorte, de la veine cave inférieure, puis de l'artère coronaire descendante antérieure gauche), des stimuli mécaniques (toucher de l'oreillette ou du ventricule) et électriques (stimulation du nerf vague ou des ganglions stellaires) ainsi que des épisodes induits de fibrillation auriculaire. L'identification et la classification neuronale ont été effectuées en utilisant l'analyse en composantes principales et le partitionnement de données (cluster analysis) dans le logiciel Spike2. Une nouvelle méthode basée sur l'analyse en composante principale est proposée pour annuler l'activité auriculaire superposée sur le signal neuronal et ainsi augmenter la précision de l'identification de la réponse neuronale et de la classification. En se basant sur la réponse neuronale, nous avons défini des sous-types de neurones (afférent, efférent et les neurones des circuits locaux). Leur activité liée à différents facteurs de stress nous ont permis de fournir une description plus détaillée du système nerveux cardiaque intrinsèque. La majorité des neurones enregistrés ont réagi à des épisodes de fibrillation auriculaire en devenant plus actifs. Cette hyperactivité des neurones cardiaques intrinsèques suggère que le contrôle de cette activité pourrait aider à prévenir la fibrillation auriculaire neurogène. Puisque la stimulation à basse intensité du nerf vague affaiblit l'activité neuronale cardiaque intrinsèque (en particulier pour les neurones afférents et convergents des circuits locaux), nous avons examiné si cette intervention pouvait être appliquée comme thérapie pour la fibrillation auriculaire. Nos résultats montrent que la stimulation du nerf vague droit a été en mesure d'atténuer la fibrillation auriculaire dans 12 des 16 cas malgré un effet pro-arythmique défavorable dans 1 des 16 cas. L'action protective a diminué au fil du temps et est devenue inefficace après ~ 40 minutes après 3 minutes de stimulation du nerf vague.

A classification system for delirium subtyping with the use of a commercial mobility monitor

The usefulness of motor subtypes of delirium is unclear due to inconsistency in subtyping methods and a lack of validation with objective measures of activity. The activity of 40 patients was measured over 24 h with a commercial accelerometer-based activity monitor. Accelerometry data from patients with DSM-IV delirium that were readily divided into hyperactive, hypoactive and mixed motor subtypes, were used to create classification trees that were Subsequently applied to the remaining cohort to define motoric subtypes. The classification trees used the periods of sitting/lying, standing, stepping and number of postural transitions as measured by the activity monitor as determining factors from which to classify the delirious cohort. The use of a classification system shows how delirium subtypes can be categorised in relation to overall activity and postural changes, which was one of the most discriminating measures examined. The classification system was also implemented to successfully define other patient motoric subtypes. Motor subtypes of delirium defined by observed ward behaviour differ in electronically measured activity levels. Crown Copyright (C) 2009 Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

A continuous wavelet transform and classification method for delirium motoric subtyping

The usefulness of motor subtypes of delirium is unclear due to inconsistency in subtyping methods and a lack of validation with objective measures of activity. The activity of 40 patients was measured over 24 h with a discrete accelerometer-based activity monitor. The continuous wavelet transform (CWT) with various mother wavelets were applied to accelerometry data from three randomly selected patients with DSM-IV delirium that were readily divided into hyperactive, hypoactive, and mixed motor subtypes. A classification tree used the periods of overall movement as measured by the discrete accelerometer-based monitor as determining factors for which to classify these delirious patients. This data used to create the classification tree were based upon the minimum, maximum, standard deviation, and number of coefficient values, generated over a range of scales by the CWT. The classification tree was subsequently used to define the remaining motoric subtypes. The use of a classification system shows how delirium subtypes can be categorized in relation to overall motoric behavior. The classification system was also implemented to successfully define other patient motoric subtypes. Motor subtypes of delirium defined by observed ward behavior differ in electronically measured activity levels.

Algorithmic statistical analysis of electrophysiological data for the investigation of structure-activity relationship in single neurons

We are developing computational tools supporting the detailed analysis of the dependence of neural electrophysiological response on dendritic morphology. We approach this problem by combining simulations of faithful models of neurons (experimental real life morphological data with known models of channel kinetics) with algorithmic extraction of morphological and physiological parameters and statistical analysis. In this paper, we present the novel method for an automatic recognition of spike trains in voltage traces, which eliminates the need for human intervention. This enables classification of waveforms with consistent criteria across all the analyzed traces and so it amounts to reduction of the noise in the data. This method allows for an automatic extraction of relevant physiological parameters necessary for further statistical analysis. In order to illustrate the usefulness of this procedure to analyze voltage traces, we characterized the influence of the somatic current injection level on several electrophysiological parameters in a set of modeled neurons. This application suggests that such an algorithmic processing of physiological data extracts parameters in a suitable form for further investigation of structure-activity relationship in single neurons.

Parkinsonian tremor identification with multiple local field potential feature classification

This paper explores the development of multi-feature classification techniques used to identify tremor-related characteristics in the Parkinsonian patient. Local field potentials were recorded from the subthalamic nucleus and the globus pallidus internus of eight Parkinsonian patients through the implanted electrodes of a Deep brain stimulation (DBS) device prior to device internalization. A range of signal processing techniques were evaluated with respect to their tremor detection capability and used as inputs in a multi-feature neural network classifier to identify the activity of Parkinsonian tremor. The results of this study show that a trained multi-feature neural network is able, under certain conditions, to achieve excellent detection accuracy on patients unseen during training. Overall the tremor detection accuracy was mixed, although an accuracy of over 86% was achieved in four out of the eight patients.

Classification of cortical microcircuits based on micro-electrode-array data from slices of rat barrel cortex

The bewildering complexity of cortical microcircuits at the single cell level gives rise to surprisingly robust emergent activity patterns at the level of laminar and columnar local field potentials (LFPs) in response to targeted local stimuli. Here we report the results of our multivariate data-analytic approach based on simultaneous multi-site recordings using micro-electrode-array chips for investigation of the microcircuitary of rat somatosensory (barrel) cortex. We find high repeatability of stimulus-induced responses, and typical spatial distributions of LFP responses to stimuli in supragranular, granular, and infragranular layers, where the last form a particularly distinct class. Population spikes appear to travel with about 33 cm/s from granular to infragranular layers. Responses within barrel related columns have different profiles than those in neighbouring columns to the left or interchangeably to the right. Variations between slices occur, but can be minimized by strictly obeying controlled experimental protocols. Cluster analysis on normalized recordings indicates specific spatial distributions of time series reflecting the location of sources and sinks independent of the stimulus layer. Although the precise correspondences between single cell activity and LFPs are still far from clear, a sophisticated neuroinformatics approach in combination with multi-site LFP recordings in the standardized slice preparation is suitable for comparing normal conditions to genetically or pharmacologically altered situations based on real cortical microcircuitry.

Whole-brain functional connectivity during emotional word classification in medication-free Major Depressive Disorder: abnormal salience circuitry and relations to positive emotionality

Major Depressive Disorder (MDD) has been associated with biased processing and abnormal regulation of negative and positive information, which may result from compromised coordinated activity of prefrontal and subcortical brain regions involved in evaluating emotional information. We tested whether patients with MDD show distributed changes in functional connectivity with a set of independently derived brain networks that have shown high correspondence with different task demands, including stimulus salience and emotional processing. We further explored if connectivity during emotional word processing related to the tendency to engage in positive or negative emotional states. In this study, 25 medication-free MDD patients without current or past comorbidity and matched controls (n=25) performed an emotional word-evaluation task during functional MRI. Using a dual regression approach, individual spatial connectivity maps representing each subject’s connectivity with each standard network were used to evaluate between-group differences and effects of positive and negative emotionality (extraversion and neuroticism, respectively, as measured with the NEO-FFI). Results showed decreased functional connectivity of the medial prefrontal cortex, ventrolateral prefrontal cortex, and ventral striatum with the fronto-opercular salience network in MDD patients compared to controls. In patients, abnormal connectivity was related to extraversion, but not neuroticism. These results confirm the hypothesis of a relative (para)limbic-cortical decoupling that may explain dysregulated affect in MDD. As connectivity of these regions with the salience network was related to extraversion, but not to general depression severity or negative emotionality, dysfunction of this network may be responsible for the failure to sustain engagement in rewarding behavior.

Elevated fetal steroidogenic activity in autism

Autism affects males more than females, giving rise to the idea that the influence of steroid hormones on early fetal brain development may be one important early biological risk factor. Utilizing the Danish Historic Birth Cohort and Danish Psychiatric Central Register, we identified all amniotic fluid samples of males born between 1993 and 1999 who later received ICD-10 (International Classification of Diseases, 10th Revision) diagnoses of autism, Asperger syndrome or PDD-NOS (pervasive developmental disorder not otherwise specified) (n=128) compared with matched typically developing controls. Concentration levels of Δ4 sex steroids (progesterone, 17α-hydroxy-progesterone, androstenedione and testosterone) and cortisol were measured with liquid chromatography tandem mass spectrometry. All hormones were positively associated with each other and principal component analysis confirmed that one generalized latent steroidogenic factor was driving much of the variation in the data. The autism group showed elevations across all hormones on this latent generalized steroidogenic factor (Cohen's d=0.37, P=0.0009) and this elevation was uniform across ICD-10 diagnostic label. These results provide the first direct evidence of elevated fetal steroidogenic activity in autism. Such elevations may be important as epigenetic fetal programming mechanisms and may interact with other important pathophysiological factors in autism.

WHO disability grade does not influence physical activity in Brazilian leprosy patients

Disability caused by leprosy may be associated with stigma. The aim of this work is to describe the degree of disability, quality of life and level of physical activity of individuals with leprosy and to identify possible correlations between these factors. Ninety-seven patients from two referral centres were studied. A complete medical history was taken and the World Health Organization degree of physical disability classification (WHO-DG), the International Physical Activity Questionnaire (IPAQ) and the Medical Outcome Study 36-item Short-form health Survey (SF36) were applied. The mean age of patients was 51 +/- 14.9 years old; participants were predominantly men, married, unemployed, had concluded treatment and had had lepromatous leprosy. The WHO-DG and the level of physical activity (P-value = 0.36) were not correlated. The WHO-DG showed that 72.2% of patients had disabilities, 37-1% of whom performed vigorous physical activities. No significant association was observed between the WHO-DG and the domains of the QoL SF-36 except for functional capacity (P-value = 0.02); the physical capacity is generally 'very good' when individuals have no disabilities and 'bad' with severe disabilities. In conclusion, the WHO-DG of leprosy patients does not affect the level of physical activities or quality of life except functional capacity. There is no significant association between physical activities and quality of life in these individuals.

Lipase and esterase: to what extent can this classification be applied accurately?

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

The night and day of dung beetles (Coleoptera, Scarabaeidae) in the Serra do Japi, Brazil: elytra colour related to daily activity

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)