Kinematics and dynamic complexity of postural transitions in frail elderly subjects.

The aim of this study was to propose a methodology allowing a detailed characterization of body sit-to-stand/stand-to-sit postural transition. Parameters characterizing the kinematics of the trunk movement during sit-to-stand (Si-St) postural transition were calculated using one initial sensor system fixed on the trunk and a data logger. Dynamic complexity of these postural transitions was estimated by fractal dimension of acceleration-angular velocity plot. We concluded that this method provides a simple and accurate tool for monitoring frail elderly and to objectively evaluate the efficacy of a rehabilitation program.

Magnetic pill tracking : a novel non-invasive tool for investigation of human digestive motility

RESUME Les améliorations méthodologiques des dernières décennies ont permis une meilleure compréhension de la motilité gastro-intestinale. Il manque toutefois une méthode qui permette de suivre la progression du chyme le long du tube gastro-intestinal. Pour permettre l'étude de la motilité de tout le tractus digestif humain, une nouvelle technique, peu invasive, a été élaborée au Département de Physiologie, en collaboration avec l'EPFL. Appelée "Magnet Tracking", la technique est basée sur la détection du champ magnétique généré par des matériaux ferromagnétiques avalés. A cet usage, une pilule magnétique, une matrice de capteurs et un logiciel ont été développés. L'objet de ce travail est de démontrer la faisabilité d'un examen de la motilité gastro-intestinale chez l'Homme par cette méthode. L'aimant est un cylindre (ø 6x7 mm, 0.2 cm3) protégé par une gaine de silicone. Le système de mesure est constitué d'une matrice de 4x4 capteurs et d'un ordinateur portable. Les capteurs fonctionnent sur l'effet Hall. Grâce à l'interface informatique, l'évolution de la position de l'aimant est suivie en temps réel à travers tout le tractus digestif. Sa position est exprimée en fonction du temps ou reproduite en 3-D sous forme d'une trajectoire. Différents programmes ont été crées pour analyser la dynamique des mouvements de l'aimant et caractériser la motilité digestive. Dix jeunes volontaires en bonne santé ont participé à l'étude. L'aimant a été avalé après une nuit de jeûne et son séjour intra digestif suivi pendant 2 jours consécutifs. Le temps moyen de mesure était de 34 heures. Chaque sujet a été examiné une fois sauf un qui a répété sept fois l'expérience. Les sujets restaient en décubitus dorsal, tranquilles et pouvaient interrompre la mesure s'ils le désiraient. Ils sont restés à jeûne le premier jour. L'évacuation de l'aimant a été contrôlée chez tous les sujets. Tous les sujets ont bien supporté l'examen. Le marqueur a pu être détecté de l'oesophage au rectum. La trajectoire ainsi constituée représente une conformation de l'anatomie digestive : une bonne superposition de celle-ci à l'anatomie est obtenue à partir des images de radiologie conventionnelle (CT-scan, lavement à la gastrografine). Les mouvements de l'aimant ont été caractérisés selon leur périodicité, leur amplitude ou leur vitesse pour chaque segment du tractus digestif. Ces informations physiologiques sont bien corrélées à celles obtenues par des méthodes établies d'étude de la motilité gastro-intestinale. Ce travail démontre la faisabilité d'un examen de la motilité gastro-intestinal chez l'Homme par la méthode de Magnet Tracking. La technique fournit les données anatomiques et permet d'analyser en temps réel la dynamique des mouvements du tube digestif. Cette méthode peu invasive ouvre d'intéressantes perspectives pour l'étude de motilité dans des conditions physiologiques et pathologiques. Des expériences visant à valider cette approche en tant que méthode clinique sont en voie de réalisation dans plusieurs centres en Suisse et à l'étranger. SUMMARY Methodological improvements realised over the last decades have permitted a better understanding of gastrointestinal motility. Nevertheless, a method allowing a continuous following of lumina' contents is still lacking. In order to study the human digestive tract motility, a new minimally invasive technique was developed at the Department of Physiology in collaboration with Swiss Federal Institute of Technology. The method is based on the detection of magnetic field generated by swallowed ferromagnetic materials. The aim of our work was to demonstrate the feasibility of this new approach to study the human gastrointestinal motility. The magnet used was a cylinder (ø6x7mm, 0.2 cm3) coated with silicon. The magnet tracking system consisted of a 4x4 matrix of sensors based on the Hall effect Signals from the sensors were digitised and sent to a laptop computer for processing and storage. Specific software was conceived to analyse in real time the progression of the magnet through the gastrointestinal tube. Ten young and healthy volunteers were enrolled in the study. After a fasting period of 12 hours, they swallowed the magnet. The pill was then tracked for two consecutive days for 34 hours on average. Each subject was studied once except one who was studied seven times. Every subject laid on his back for the entire experiment but could interrupt it at anytime. Evacuation of the magnet was controlled in all subjects. The examination was well tolerated. The pill could be followed from the esophagus to the rectum. The trajectory of the magnet represented a "mould" of the anatomy of the digestive tube: a good superimposition with radiological anatomy (gastrografin contrast and CT) was obtained. Movements of the magnet were characterized by periodicity, velocity, and amplitude of displacements for every segment of the digestive tract. The physiological information corresponded well to data from current methods of studying gastrointestinal motility. This work demonstrates the feasibility of the new approach in studies of human gastrointestinal motility. The technique allows to correlate in real time the dynamics of digestive movements with the anatomical data. This minimally invasive method is ready for studies of human gastrointestinal motility under physiological as well as pathological conditions. Studies aiming at validation of this new approach as a clinically relevant tool are being realised in several centres in Switzerland and abroad. Abstract: A new minimally invasive technique allowing for anatomical mapping and motility studies along the entire human digestive system is presented. The technique is based on continuous tracking of a small magnet progressing through the digestive tract. The coordinates of the magnet are calculated from signals recorded by 16 magnetic field sensors located over the abdomen. The magnet position, orientation and trajectory are displayed in real time. Ten young healthy volunteers were followed during 34 h. The technique was well tolerated and no complication was encountered, The information obtained was 3-D con-figuration of the digestive tract and dynamics of the magnet displacement (velocity, transit time, length estimation, rhythms). In the same individual, repea-ted examination gave very reproducible results. The anatomical and physiological information obtained corresponded well to data from current methods and imaging. This simple, minimally invasive technique permits examination of the entire digestive tract and is suitable for both research and clinical studies. In combination with other methods, it may represent a useful tool for studies of Cl motility with respect to normal and pathological conditions.

Prevention of atelectasis formation during the induction of general anesthesia in morbidly obese patients

Résumé: La formation des atélectasies durant l'induction de l'anesthésie générale est plus importante chez le patient obèse morbide. Nous avons démontré dans des travaux de recherche antérieurs que l'utilisation de la PEEP (Pression Positive en Fin d'Expiration) durant l'induction de l'anesthésie prévient la formation d'atélectasies chez des patients non obèses. Par conséquent, nous voulions étudier l'efficacité de la pression positive en fin d'expiration chez le patient obèse morbide dans la prévention de la formation d'atélectasies. Nous avons fait une étude de 23 patients obèses morbides (BMI > 35 kg / m2) dans 2 groupes. Dans le groupe utilisant la pression positive en fin d'expiration, les patients respiraient 100% d'oxygène pendant 5 minutes par l'intermédiaire d'un masque facial type CPAP avec une pression de 10 cm H20. Après l'induction de l'anesthésie, nous avons ventilé les patients au masque facial avec une PEEP de 10 cm H20. Dans le groupe de contrôle, nous avons procédé au même type d'induction sans utiliser la pression positive en fin d'expiration. La surface de poumon atélectatique a été évaluée par tomographie (CT scann). L'étude des échanges gazeux se faisait à 2 reprises, à partir de gazométries réalisées juste avant l'induction de l'anesthésie puis juste après l'intubation. Après l'induction de l'anesthésie et l'intubation, les patients du groupe de contrôle présentaient une quantité d'atélectasies plus importante que les patients du groupe où la PEEP avait été utilisée (10.4% + 4.8% dans le groupe de contrôle versus 1.3% dans le groupe utilisant la pression positive en fin d'expiration p < 0.001). Après l'intubation, en présence d'une fraction inspirée en oxygène à 100%, la Pa02 était significativement supérieure dans le groupe ayant utilisé la pression positive en fin d'expiration en comparaison avec le groupe de contrôle (respectivement 457 ± 130 mmHg versus 315 ± 100 mmHg). Nous avons conclu que chez le patient obèse morbide, le recours à la pression positive en fin d'expiration lors de l'induction de l'anesthésie permet de prévenir largement la formation d'atélectasies et s'accompagne d'une meilleure oxygénation. Abstract: Atelectasis caused by general anesthesia is increased in morbidly obese patients. We have shown that application of positive end-expiratory pressure (PEEP) during the induction of anesthesia prevents atelectasis formation in nonobese patients. We therefore studied the efficacy of PEEP in morbidly obese patients to prevent atelectasis. Twenty-three adult morbidly obese patients (b ody mass index >35 kg/m2) were randomly assigned to one of two groups. In the PEEP group, patients breathed 100% oxygen (5 min) with a continuous positive airway pressure of 10 cm H20 and, after the induction, mechanical ventilation via a face mask with a PEEP of 10 cm H2O. In the control group, the same induction was applied but without continuous positive airway pressure or PEEP. Atelectasis, determined by computed tomography, and blood gas analysis were measured twice: before the induction and directly after intubation. After endotracheal intubation, patients of the control group showed an increase in the amount of atelectasis, which was much larger than in the PEEP group (10.4% -± 4.8% in control group versus 1.7% ± 1.3% in PEEP group; P <0.001). After in.tubation with a fraction of inspired oxygen of 1.0, Pao, was significantly higher in the PEEP group compared with the control group (457 ±- 130 mm Hg versus 315 ± 100 mm Hg, respectively; P = 0.035) We conclude that in morbidly obese patients, atelectasis formation is largely prevented by PEEP applied during the anesthetic induction and is associated with a better oxygenation.

Simultaneous EEG-fMRI at ultra-high field: Artifact prevention and safety assessment.

The simultaneous recording of scalp electroencephalography (EEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI) can provide unique insights into the dynamics of human brain function, and the increased functional sensitivity offered by ultra-high field fMRI opens exciting perspectives for the future of this multimodal approach. However, simultaneous recordings are susceptible to various types of artifacts, many of which scale with magnetic field strength and can seriously compromise both EEG and fMRI data quality in recordings above 3T. The aim of the present study was to implement and characterize an optimized setup for simultaneous EEG-fMRI in humans at 7T. The effects of EEG cable length and geometry for signal transmission between the cap and amplifiers were assessed in a phantom model, with specific attention to noise contributions from the MR scanner coldheads. Cable shortening (down to 12cm from cap to amplifiers) and bundling effectively reduced environment noise by up to 84% in average power and 91% in inter-channel power variability. Subject safety was assessed and confirmed via numerical simulations of RF power distribution and temperature measurements on a phantom model, building on the limited existing literature at ultra-high field. MRI data degradation effects due to the EEG system were characterized via B0 and B1(+) field mapping on a human volunteer, demonstrating important, although not prohibitive, B1 disruption effects. With the optimized setup, simultaneous EEG-fMRI acquisitions were performed on 5 healthy volunteers undergoing two visual paradigms: an eyes-open/eyes-closed task, and a visual evoked potential (VEP) paradigm using reversing-checkerboard stimulation. EEG data exhibited clear occipital alpha modulation and average VEPs, respectively, with concomitant BOLD signal changes. On a single-trial level, alpha power variations could be observed with relative confidence on all trials; VEP detection was more limited, although statistically significant responses could be detected in more than 50% of trials for every subject. Overall, we conclude that the proposed setup is well suited for simultaneous EEG-fMRI at 7T.

New sonographic measures of peripheral nerves: a tool for the diagnosis of peripheral nerve involvement in leprosy

To evaluate ultrasonographic (US) cross-sectional areas (CSAs) of peripheral nerves, indexes of the differences between CSAs at the same point (∆CSAs) and between tunnel (T) and pre-tunnel (PT) ulnar CSAs (∆TPTs) in leprosy patients (LPs) and healthy volunteers (HVs). Seventy-seven LPs and 49 HVs underwent bilateral US at PT and T ulnar points, as well as along the median (M) and common fibular (CF) nerves, to calculate the CSAs, ∆CSAs and ∆TPTs. The CSA values in HVs were lower than those in LPs (p < 0.0001) at the PT (5.67/9.78 mm2) and T (6.50/10.94 mm2) points, as well as at the M (5.85/8.48 mm2) and CF (8.17/14.14 mm2) nerves. The optimum CSA- receiver operating characteristic (ROC) points and sensitivities/specificities were, respectively, 6.85 mm2 and 68-85% for the PT point, 7.35 mm2 and 71-78% for the T point, 6.75 mm2 and 62-75% for the M nerve and 9.55 mm2 and 81-72% for the CF nerve. The ∆CSAs of the LPs were greater than those of the HVs at the PT point (4.02/0.85; p = 0.007), T point (3.71/0.98; p = 0.0005) and CF nerve (2.93/1.14; p = 0.015), with no difference found for the M nerve (1.41/0.95; p = 0.17). The optimum ∆CSA-ROC points, sensitivities, specificities and p-values were, respectively, 1.35, 49%, 80% and 0.003 at the PT point, 1.55, 55-85% and 0.0006 at the T point, 0.70, 58-50% and 0.73 for the M nerve and 1.25, 54-67% and 0.022 for the CF nerve. The ∆TPT in the LPs was greater than that in the HVs (4.43/1.44; p <0.0001). The optimum ∆TPT-ROC point was 2.65 (90% sensitivity/41% specificity, p < 0.0001). The ROC analysis of CSAs showed the highest specificity and sensitivity at the PT point and CF nerve, respectively. The PT and T ∆CSAs had high specificities (> 80%) and ∆TPT had the highest specificity (> 90%). New sonographic peripheral nerve measurements (∆CSAs and ∆TPT) provide an important methodological improvement in the detection of leprosy neuropathy.

Saccharomyces cerevisiae, a tool to study the β-oxidation through the synthesis of polyhydroxyalkanoates

Summary Polyhydroxyalkanoates (PHAs) represent a family of polyesters naturally synthesized by a wide variety of bacteria. Through their thermoplastic and elastomeric qualities, together with their biodegradable and renewable properties, they are predicted to be a good alternative to the petroleum- derived plastics. Nevertheless, as PHA production costs using bacteria fermentation are still too high, PHA synthesis within eukaryotic systems, such as plants, has been elaborated. Although the costs were then efficiently lowered, the yield of PHAs produced remained low. In this study, Saccharomyces cerevisae has been used as another eukaryotic model in order to reveal the steps which limit PHA production. These cells express the PHA synthase of Pseudomonas aeruginosa and the PHAs obtained were analyzed to understand the flux of fatty acids towards and through the peroxisomal β-oxidation core cycle, generating the main substrate of the PHA synthase. When S. cerevisiae wild-type cells are grown in a media containing glucose as carbon source as well as fatty acids, the PHA monomer composition is largely influenced by the nature of the external fatty acid used. Thus, even-chain PHA monomers are generated from oleic acid (18:1Δ9cis) and odd- chain PHA monomers are generated from heptadecenoic acid (17:1Δ. 10 cis). Moreover, PHA synthesis is dependent on the first two enzymes of the 0-oxidation core cycle, the acyl-CoA oxidase and the multifunctional enzyme enoyl-CoA hydratase II / R-3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase. S. cerevisiae mutant cells growing on oleic or heptadecenoic acid and deficient in either the R-3- hydroxyacyl-CoA dehydrogenase or in the 3-ketothiolase activity, the last β-oxidation cycle steps, surprisingly contained PHAs of predominantly even-chain monomers. This is also noticed in wild- type and mutants grown on glucose or raffinose, indicating that the substrate used for PHA synthesis is generated from the degradation of intracellular short- and medium-chain fatty acids by the 3- oxidation cycle. Inhibition of fatty acid biosynthesis by cerulenin blocks the synthesis of PHAs from intracellular fatty acids but still enables the use of extracellular fatty acids for polymer production. Together, these results uncovered the existence of a substantial futile cycle whereby short- and medium-chain intermediates of the cytoplasmic fatty acid biosynthetic pathway are directed towards the peroxisomal β-oxidation pathway. In this thesis, no increase of the yield of PHA produced could be obtained. But the PHA synthesis confirmed the carbon flux into and through the β-oxidation core cycle and unveiled the existence of novel mechanisms. It is thus a good tool to study in vivo the flux of carbons in S. cerevisiae cells. Résumé Les polyhydroxyalkanoates (PHAs) sont une famille de polyesters naturellement synthétisés par un grand nombre de bactéries. Ayant des propriétés de thermoplastiques, d'élastomères et étant des ressources biodégradables et renouvelables, les PHAs représentent une bonne alternative aux plastiques dérivés du pétrole. Pour pallier aux coûts considérables de la production de PHAs par fermentation bactérienne, la synthèse de PHAs par des systèmes eucaryotes telles les plantes a été élaborée. Les coûts ont ainsi efficacement été diminués, mais le rendement de PHAs produits reste faible. Dans cette étude, Saccharomyces cerevisiae a été utilisé comme autre modèle eucaryote pour révéler les étapes limitantes de la production de PHAs. Les PHAs obtenus dans les cellules exprimant la F'HA synthase de Pseudomonas aeruginosa ont été analysés afin de comprendre le flux d'acides gras vers et à travers le cycle péroxisomal de la β-oxidation, principal producteur du substrat de la PHA synthase. Lorsque la souche S. cerevisiae de type sauvage se développe dans un milieu contenant du glucose et des acides gras, la composition des monomères de PHAs est influencée par la nature des acides gras extracellulaires. Ainsi, les monomères pairs sont générés par l'acide oléique (18:1Δ9cis), tandis que les impairs le sont par l'acide heptadécénoïque (17:1Δ10cis). La synthèse de PHAs est dépendante des deux premières enzymes de la β-oxidation; l'acyl-CoA oxidase et l'enzyme multifonctionnelle enoyl-CoA hydratase II / R-3-hydroxyacyl-CoA déshydrogénase. Les souches mutantes ne possédant pas les activités de la R-3-hydroxyacyl-CoA déshydrogénase ou de la 3- ketothiolase contiennent, en présence d'acide oléique ou heptadécénoïque, des PHAs composés essentiellement de monomères pairs. Cela a également été observé en présence de glucose ou de raffinose uniquement. Le substrat utilisé pour la synthèse de PHAs a ainsi été généré par la dégradation d'acides gras intracellulaires à chaîne courte et moyenne via le cycle de la β-oxidation. L'inhibition de la synthèse d'acides gras par la cérulénine a bloqué la synthèse de PHAs par les acides gras internes. Ces résultats ont révélés l'existence d'un cycle futile par lequel des intermédiaires à chaîne courte et moyenne de la synthèse cytoplasmique d'acides gras sont dirigés vers le cycle péroxisomal de la β-oxidation. Dans cette étude, le rendement de PHAs produits reste inchangé, mais l'analyse des PHAs permet de confirmer le flux de carbones vers et à travers le cycle péroxisomal de la β-oxidation et l'existence de nouveaux méchanismes a été dévoilée. Cette synthèse s'avère être un bon outil pour étudier in vivo le flux de carbones dans les cellules de S. cerevisiae.

The EPAGE internet guideline as a decision support tool for determining the appropriateness of colonoscopy

RÉSUMÉ Contexte : Peu d'études ont examiné la façon dont les médecins appréhendent les guidelines, et encore moins celle dont ils perçoivent de tels guidelines disponibles sur Internet. Cette étude évalue l'acceptation par les médecins d'un guideline électronique portant sur l'adéquation de la colonoscopie. Méthode : Des gastroentérologues participant à une étude observationnelle internationale ont consulté un guideline électronique pour une série consécutive de patients adressés pour une colonoscopie. Le guideline a été élaboré par le Panel Européen sur l'Adéquation de l'Endoscopie Gastro-intestinale (EPAGE en version anglaise), utilisant une méthode validée (RAND). Les opinions des médecins sur le guideline, sur le site Internet et sur les perspectives d'utilisation ont été recueillies au moyen de questionnaires. Résultats : 289 patients ont été inclus dans l'étude. Le temps moyen pour consulter le site Internet a été de 1.8 min et 86% des médecins l'ont considéré comme simple à utiliser. Les recommandations ont été facilement localisées pour 82% des patients et les médecins étaient d'accord avec l'adéquation de la colonoscopie dans 86% des cas. Selon les critères EPAGE, la colonoscopie était appropriée, incertaine et inappropriée, respectivement chez 59, 28 et 13% des patients. Conclusions : Le guideline EPAGE a été considéré comme acceptable et simple à utiliser. L'utilisation, l'utilité et la pertinence du site Internet a été jugée comme acceptable. Son utilisation effective dépendra cependant de la levée de certains obstacles au niveau organisationnel et culturel.

IROme, a New High-Throughput Molecular Tool for the Diagnosis of Inherited Retinal Dystrophies.

The molecular diagnosis of retinal dystrophies is difficult because of the very important number of genes implicated and is rarely helped by genotype-phenotype correlations. This prompted us to develop IROme, a custom designed in solution-based targeted exon capture assay (SeqCap EZ Choice library, Roche NimbleGen) for 60 retinitis pigmentosa-linked genes and three candidate genes (942 exons). Pyrosequencing was performed on a Roche 454 GS Junior benchtop high-throughput sequencing platform. In total, 23 patients affected by retinitis pigmentosa were analyzed. Per patient, 39.6 Mb were generated, and 1111 sequence variants were detected on average, at a median coverage of 17-fold. After data filtering and sequence variant prioritization, disease-causing mutations were identified in ABCA4, CNGB1, GUCY2D, PROM1, PRPF8, PRPF31, PRPH2, RHO, RP2, and TULP1 for twelve patients (55%), ten mutations having never been reported previously. Potential mutations were identified in 5 additional patients, and in only 6 patients no molecular diagnosis could be established (26%). In conclusion, targeted exon capture and next-generation sequencing are a valuable and efficient approach to identify disease-causing sequence variants in retinal dystrophies.

A decade of malaria during pregnancy in Brazil: what has been done concerning prevention and management

In Brazil, malaria remains a disease of major epidemiological importance because of the high number of cases in the Amazonian Region. Plasmodium spp infections during pregnancy are a significant public health problem with substantial risks for the pregnant woman, the foetus and the newborn child. In Brazil, the control of malaria during pregnancy is primarily achieved by prompt and effective treatment of the acute episodes. Thus, to assure rapid diagnosis and treatment for pregnant women with malaria, one of the recommended strategy for low transmission areas by World Health Organization and as part of a strategy by the Ministry of Health, the National Malaria Control Program has focused on integrative measures with woman and reproductive health. Here, we discuss the approach for the prevention and management of malaria during pregnancy in Brazil over the last 10 years (2003-2012) using morbidity data from Malaria Health Information System. Improving the efficiency and quality of healthcare and education and the consolidation of prevention programmes will be challenges in the control of malaria during pregnancy in the next decade.