Metamorphism and kinetics in the Torres del Paine contact aureole

Contact aureoles provide an excellent geologic environment to study the mechanisms of metamorphic reactions in a natural system. The Torres del Paine (TP) intrusion is one of the most spectacular natural laboratories because of its excellent outcrop conditions. It formed in a period from 12.59 to 12.43 Ma and consists of three large granite and four smaller mafic batches. The oldest granite is on top, the youngest at the bottom of the granitic complex, and the granites overly the mafic laccolith. The TP intruded at a depth of 2-3 km into regional metamorphic anchizone to greenschist facies pelites, sandstones, and conglomerates of the Cerro Toro and Punta Barrosa formations. It formed a thin contact aureole of 150-400 m width. This thesis focuses on the reaction kinetics of the mineral cordierite in the contact aureole using quantitative textural analysis methods. First cordierite was formed from chlorite break¬down (zone I, ca. 480 °C, 750 bar). The second cordierite forming reaction was the muscovite break-down, which is accompanied by a modal decrease in biotite and the appearance of k- feldspar (zone II, 540-550 °C, 750 bar). Crystal sizes of the roundish, poikiloblastic cordierites were determined from microscope thin section images by manually marking each crystal. Images were then automatically processed with Matlab. The correction for the intersection probability of each crystal radius yields the crystal size distribution in the rock. Samples from zone I below the laccolith have the largest crystals (0.09 mm). Cordierites from zone II are smaller, with a maximum crystal radius of 0.057 mm. Rocks from zone II have a larger number of small cordierite crystals than rocks from zone I. A combination of these quantitative analysis with numerical modeling of nucleation and growth, is used to infer nucleation and growth parameters which are responsible for the observed mineral textures. For this, the temperature-time paths of the samples need to be known. The thermal history is complex because the main body of the intrusion was formed by several intrusive batches. The emplacement mechanism and duration of each batch can influence the thermal structure in the aureole. A possible subdivision of batches in smaller increments, so called pulses, will focus heat at the side of the intrusion. Focusing all pulses on one side increases the contact aureole size on that side, but decreases it on the other side. It forms a strongly asymmetric contact aureole. Detailed modeling shows that the relative thicknesses of the TP contact aureole above and below the intrusion (150 and 400 m) are best explained by a rapid emplacement of at least the oldest granite batch. Nevertheless, temperatures are significantly too low in all models, compared to observed mineral assemblages in the hornfelses. Hence, an other important thermal mechanisms needs to take place in the host rock. Clastic minerals in the immature sediments outside the contact aureole are hydrated due to small amounts of expelled fluids during contact metamorphism. This leads to a temperature increase of up to 50 °C. The origin of fluids can be traced by stable isotopes. Whole rock stable isotope data (6D and δ180) and chlorine concentrations in biotite document that the TP intrusion induced only very small amounts of fluid flow. Oxygen whole rock data show δ180 values between 9.0 and 10.0 %o within the first 5 m of the contact. Values increase to 13.0 - 15.0 %o further away from the intrusion. Whole rock 6D values display a more complex zoning. First, host rock values (-90 to -70 %o) smoothly decrease towards the contact by ca. 20 %o, up to a distance of ca. 150 m. This is followed by an increase of ca. 20 %o within the innermost 150 m of the aureole (-97.0 to -78 %o at the contact). The initial decrease in 6D values is interpreted to be due to Rayleigh fractionation accompanying the dehydration reactions forming cordierite, while the final increase reflects infiltration of water-rich fluids from the intrusion. An over-estimate on the quantity and the corresponding thermal effect yields a temperature increase of less than 30 °C. This suggests that fluid flow might have contributed only for a small amount to the thermal evolution of the system. A combination of the numerical growth model with the thermal model, including the hydration reaction enthalpies but neglecting fluid flow and incremental growth, can be used to numerically reproduce the observed cordierite textures in the contact aureole. This yields kinetic parameters which indicate fast cordierite crystallization before the thermal peak in the inner aureole, and continued reaction after the thermal peak in the outermost aureole. Only small temperature dependencies of the kinetic parameters seem to be needed to explain the obtained crystal size data. - Les auréoles de contact offrent un cadre géologique privilégié pour l'étude des mécanismes de réactions métamorphiques associés à la mise en place de magmas dans la croûte terrestre. Par ses conditions d'affleurements excellentes, l'intrusion de Torres del Paine représente un site exceptionnel pour améliorer nos connaissances de ces processus. La formation de cette intrusion composée de trois injections granitiques principales et de quatre injections mafiques de volume inférieur couvre une période allant de 12.50 à 12.43 Ma. Le plus vieux granite forme la partie sommitale de l'intrusion alors que l'injection la plus jeune s'observe à la base du complexe granitique; les granites recouvrent la partie mafique du laccolite. L'intrusion du Torres del Paine s'est mise en place a 2-3 km de profondeur dans un encaissant métamorphique. Cet encaissant est caractérisé par un métamorphisme régional de faciès anchizonal à schiste vert et est composé de pélites, de grès, et des conglomérats des formations du Cerro Toro et Punta Barrosa. La mise en place des différentes injections granitiques a généré une auréole de contact de 150-400 m d'épaisseur autour de l'intrusion. Cette thèse se concentre sur la cinétique de réaction associée à la formation de la cordiérite dans les auréoles de contact en utilisant des méthodes quantitatives d'analyses de texture. On observe plusieurs générations de cordiérite dans l'auréole de contact. La première cordiérite est formée par la décomposition de la chlorite (zone I, environ 480 °C, 750 bar), alors qu'une seconde génération de cordiérite est associée à la décomposition de la muscovite, laquelle est accompagnée par une diminution modale de la teneur en biotite et l'apparition de feldspath potassique (zone II, 540-550 °C, 750 bar). Les tailles des cristaux de cordiérites arrondies et blastic ont été déterminées en utilisant des images digitalisées des lames minces et en marquant individuellement chaque cristal. Les images sont ensuite traitées automatiquement à l'aide du programme Matlab. La correction de la probabilité d'intersection en fonction du rayon des cristaux permet de déterminer la distribution de la taille des cristaux dans la roche. Les échantillons de la zone I, en dessous du lacolite, sont caractérisés par de relativement grands cristaux (0.09 mm). Les cristaux de cordiérite de la zone II sont plus petits, avec un rayon maximal de 0.057 mm. Les roches de la zone II présentent un plus grand nombre de petits cristaux de cordiérite que les roches de la zone I. Une combinaison de ces analyses quantitatives avec un modèle numérique de nucléation et croissance a été utilisée pour déduire les paramètres de nucléation et croissance contrôlant les différentes textures minérales observées. Pour développer le modèle de nucléation et de croissance, il est nécessaire de connaître le chemin température - temps des échantillons. L'histoire thermique est complexe parce que l'intrusion est produite par plusieurs injections successives. En effet, le mécanisme d'emplace¬ment et la durée de chaque injection peuvent influencer la structure thermique dans l'auréole. Une subdivision des injections en plus petits incréments, appelés puises, permet de concentrer la chaleur dans les bords de l'intrusion. Une mise en place préférentielle de ces puises sur un côté de l'intrusion modifie l'apport thermique et influence la taille de l'auréole de contact produite, auréole qui devient asymétrique. Dans le cas de la première injection de granite, une modélisation détaillée montre que l'épaisseur relative de l'auréole de contact de Torres del Paine au-dessus et en dessous de l'intrusion (150 et 400 m) est mieux expliquée par un emplacement rapide du granite. Néanmoins, les températures calculées dans l'auréole de con¬tact sont trop basses pour que les modèles thermiques soient cohérants par rapport à la taille de cette auréole. Ainsi, un autre mecanisme exothermique est nécessaire pour permettre à la roche encais¬sante de produire les assemblages observés. L'observation des roches encaissantes entourant les granites montre que les minéraux clastiques dans les sédiments immatures au-dehors de l'auréole sont hydratés suite à la petite quantité de fluide expulsée durant le métamorphisme de contact et/ou la mise en place des granites. Les réactions d'hydratation peuvent permettre une augmentation de la température jusqu'à 50 °C. Afin de déterminer l'origine des fluides, une étude isotopique de roches de l'auréole de contact a été entreprise. Les isotopes stables d'oxygène et d'hydrogène sur la roche totale ainsi que la concentration en chlore dans la biotite indiquent que la mise en place des granites du Torres del Paine n'induit qu'une circulation de fluide limitée. Les données d'oxygène sur roche totale montrent des valeurs δ180 entre 9.0 et 10.0%o au sein des cinq premiers mètres du contact. Les valeurs augmentent jusqu'à 13.0 - 15.0 plus on s'éloigne de l'intrusion. Les valeurs 5D sur roche totale montrent une zonation plus complexe. Les valeurs de la roche encaissante (-90 à -70%o) diminuent progressivement d'environ 20%o depuis l'extérieur de l'auréole jusqu'à une distance d'environ 150 m du granite. Cette diminution est suivie par une augmentation d'environ 20%o au sein des 150 mètres les plus proches du contact (-97.0 à -78%o au contact). La diminution initiale des valeurs de 6D est interprétée comme la conséquence du fractionnement de Rayleigh qui accompagne les réactions de déshydratation formant la cordiérite, alors que l'augmentation finale reflète l'infiltration de fluide riche en eau venant de l'intrusion. A partir de ces résultats, le volume du fluide issu du granite ainsi que son effet thermique a pu être estimé. Ces résultats montrent que l'augmentation de température associée à ces fluides est limitée à un maximum de 30 °C. La contribution de ces fluides dans le bilan thermique est donc faible. Ces différents résultats nous ont permis de créer un modèle thermique associé à la for¬mation de l'auréole de contact qui intègre la mise en place rapide du granite et les réactions d'hydratation lors du métamorphisme. L'intégration de ce modèle thermique dans le modèle numérique de croissance minérale nous permet de calculer les textures des cordiérites. Cepen¬dant, ce modèle est dépendant de la vitesse de croissance et de nucléation de ces cordiérites. Nous avons obtenu ces paramètres en comparant les textures prédites par le modèle et les textures observées dans les roches de l'auréole de contact du Torres del Paine. Les paramètres cinétiques extraits du modèle optimisé indiquent une cristallisation rapide de la cordiérite avant le pic thermique dans la partie interne de l'auréole, et une réaction continue après le pic thermique dans la partie la plus externe de l'auréole. Seules de petites dépendances de température des paramètres de cinétique semblent être nécessaires pour expliquer les don¬nées obtenues sur la distribution des tailles de cristaux. Ces résultats apportent un éclairage nouveau sur la cinétique qui contrôle les réactions métamorphiques.

Whole-body protein turnover and resting energy expenditure in obese, prepubertal children.

BACKGROUND: Obesity is becoming more frequent in children; understanding the extent to which this condition affects not only carbohydrate and lipid metabolism but also protein metabolism is of paramount importance. OBJECTIVE: We evaluated the kinetics of protein metabolism in obese, prepubertal children in the static phase of obesity. DESIGN: In this cross-sectional study, 9 obese children (x +/- SE: 44+/-4 kg, 30.9+/-1.5% body fat) were compared with 8 lean (28+/-2 kg ,16.8+/-1.2% body fat), age-matched (8.5+/-0.2 y) control children. Whole-body nitrogen flux, protein synthesis, and protein breakdown were calculated postprandially over 9 h from 15N abundance in urinary ammonia by using a single oral dose of [15N]glycine; resting energy expenditure (REE) was assessed by indirect calorimetry (canopy) and body composition by multiple skinfold-thickness measurements. RESULTS: Absolute rates of protein synthesis and breakdown were significantly greater in obese children than in control children (x +/- SE: 208+/-24 compared with 137+/-14 g/d, P < 0.05, and 149+/-20 compared with 89+/-13 g/d, P < 0.05, respectively). When these variables were adjusted for fat-free mass by analysis of covariance, however, the differences between groups disappeared. There was a significant relation between protein synthesis and fat-free mass (r = 0.83, P < 0.001) as well as between protein synthesis and REE (r = 0.79, P < 0.005). CONCLUSIONS: Obesity in prepubertal children is associated with an absolute increase in whole-body protein turnover that is consistent with an absolute increase in fat-free mass, both of which contribute to explaining the greater absolute REE in obese children than in control children.

Psychological transformations in kidney transplantation: A prospective qualitative study

The aim of this IRB-approved study was to prospectively analyze psychological transformations in ESRD patients before and after transplantation (KT). Semi-structured interviews were conducted in 30 patients (mean age = 53±10) after their inclusion on the waiting-list (Gr. A). Follow-up interviews were performed 6 months later in 15 patients still awaiting KT (Gr. B6), and in 15 patients 6 months (Gr. C6) and 12 months (Gr. C12) after KT. Qualitative analysis was performed. Gr: A:All patients underlined loss of freedom, 87% devoted much energy to maintain normality, 57% modified medical directives. All reported emotional fragility related to dialysis and loss of quality of life (QOL), negative (43%) or suicidal thoughts (20%). Professional stigma was underlined (26%). Gr: B6:40% reported no change, 60% mentioned increase of illness intrusiveness, 46% dialysis side-effects, 40% communication problems, 33% tension with medical staff and waiting list handling. Fear of emotional breakdown (40%), couple problems (47%) and worsened professional difficulties (20%) were reported. Gr: C6:All patients mentioned improved QOL and freedom recovery (87%). All expressed concerns about possible acute rejection, 73% were anxious about laboratory results, 93% experienced dependence to immunosuppressants, 47% reported difficulties in handling medication, 21% feared to forget them, 47% were concerned about side-effects, 67% had resumed work but medical constraints led to professional tension (40%). Gr: C12:All mentioned recovered QOL. Medical controls were accepted as a routine (87%) and adherence to medication was mandatory (100%). All mentioned the limited long-term graft survival and 47% were anxious about possible return to dialysis, especially younger patients (27%). Positive identity and existential changes were reported (60%). This prospective qualitative study identifies psychological modifications in the course of KT. It provides a basis to adequately address concerns, but it shows also that KT is clearly associated with positive psychological transformations.

Effects of pro-cholinergic treatment in patients suffering from spatial neglect.

Spatial neglect is a neurological condition characterized by a breakdown of spatial cognition contralateral to hemispheric damage. Deficits in spatial attention toward the contralesional side are considered to be central to this syndrome. Brain lesions typically involve right fronto-parietal cortices mediating attentional functions and subcortical connections in underlying white matter. Convergent findings from neuroimaging and behavioral studies in both animals and humans suggest that the cholinergic system might also be critically implicated in selective attention by modulating cortical function via widespread projections from the basal forebrain. Here we asked whether deficits in spatial attention associated with neglect could partly result from a cholinergic deafferentation of cortical areas subserving attentional functions, and whether such disturbances could be alleviated by pro-cholinergic therapy. We examined the effect of a single-dose transdermal nicotine treatment on spatial neglect in 10 stroke patients in a double-blind placebo-controlled protocol, using a standardized battery of neglect tests. Nicotine-induced systematic improvement on cancellation tasks and facilitated orienting to single visual targets, but had no significant effect on other tests. These results support a global effect of nicotine on attention and arousal, but no effect on other spatial mechanisms impaired in neglect.

The sand rat, Psammomys obesus, develops type 2 diabetic retinopathy similar to humans.

PURPOSE: Diabetic retinopathy (DR) is a leading cause of blindness, yet pertinent animal models are uncommon. The sand rat (Psammomys obesus), exhibiting diet-induced metabolic syndrome, might constitute a relevant model. METHODS: Adult P. obesus (n = 39) were maintained in captivity for 4 to 7 months and fed either vegetation-based diets (n = 13) or standard rat chow (n = 26). Although plant-fed animals exhibited uniform body weight and blood glucose levels over time, nearly 60% of rat chow-raised animals developed diabetes-like symptoms (test group). Animals were killed, and their eyes and vitreous were processed for immunochemistry. RESULTS: Compared with plant-fed animals, diabetic animals showed many abnormal vascular features, including vasodilation, tortuosity, and pericyte loss within the blood vessels, hyperproteinemia and elevated ratios of proangiogenic and antiangiogenic growth factors in the vitreous, and blood-retinal barrier breakdown. Furthermore, there were statistically significant decreases in retinal cell layer thicknesses and densities, accompanied by profound alterations in glia (downregulation of glutamine synthetase, glutamate-aspartate transporter, upregulation of glial fibrillar acidic protein) and many neurons (reduced expression of protein kinase Cα and Cξ in bipolar cells, axonal degeneration in ganglion cells). Cone photoreceptors were particularly affected, with reduced expression of short- and mid-/long-wavelength opsins. Hypercaloric diet nondiabetic animals showed intermediate values. CONCLUSIONS: Simple dietary modulation of P. obesus induces a rapid and severe phenotype closely resembling human type 2 DR. This species presents a valuable novel experimental model for probing the neural (especially cone photoreceptor) pathogenic modifications that are difficult to study in humans and for screening therapeutic strategies.

The role of LEKTI in fate determination of keratinocyte stem cells

SPINK5 (serine protease inhibitor Kazal-type 5) encodes the putative proteinase inhibitor LEKTI (lympho-epithelial Kazal-type related inhibitor). In skin, LEKTI expression is restricted to the stratum granulosum of the epidermis and the inner root sheath of hair follicles. Mutations that create premature termination codons in SPINK5 have been reported as the cause of Netherton syndrome (NS), a human autosomal recessive disorder characterized by congenital ichthyosis with defective cornification, a specific hair shaft defect known as trichorrexis invaginata or 'bamboo hair', and severe atopic manifestations, including atopic dermatitis and hayfever. Althought recombinant human LEKTI inhibits a battery of serine proteases including plasmin, trypsin, subtilisin A, cathepsin G, and elastase, the precise role of LEKTI in the physiopathology of NS remains unclear. Spink5−/− mice display a NS-like phenotype. Surprisingly, a psoriasis-like hyperplasia, basement membrane breakdown followed by evagination of spindle-shaped epidermal cells into the dermal compartment, and the presence of numerous sweat gland-like structures were also observed when the skin of Spink5−/− newborn mice, which die at birth, was transplanted onto the back of nude mice. Collectively, these observations suggest that LEKTI may play a role on cell proliferation and stem cell fate. Our current work aims at elucidating the mechanisms by which LEKTI impact these biological processes. Using keratinocyte stem cells obtained from NS patients, we have identified LEKTI as a regulator node in several signaling pathways involved in stem cell behavior.

Enhanced sensitivity detection of protein immobilization by fluorescent interference on oxidized silicon.

We present a silicon chip-based approach for the enhanced sensitivity detection of surface-immobilized fluorescent molecules. Green fluorescent protein (GFP) is bound to the silicon substrate by a disuccinimidyl terephtalate-aminosilane immobilization procedure. The immobilized organic layers are characterized by surface analysis techniques, like ellipsometry, atomic force microscopy (AFM) and X-ray induced photoelectron spectroscopy. We obtain a 20-fold enhancement of the fluorescent signal, using constructive interference effects in a fused silica dielectric layer, deposited before immobilization onto the silicon. Our method opens perspectives to increase by an order of magnitude the fluorescent response of surface immobilized DNA- or protein-based layers for a variety of biosensor applications.

Partial melting of basic dykes in the contact aureoles of two shallow-level, gabbro-pyroxenite intrusions, Fuerteventura

THESIS ABSTRACT Low-pressure anatexis of basic dykes gave rise to unusual, zebra-like migmatites, in the contact metamorphic aureoles of two layered gabbro-pyroxenite intrusions, PXl and PX2, in the root zone of an ocean island, Fuerteventura Basal Complex (Canary Islands). This thesis focuses on the understanding of processes attributing to the partial melting and formation of these migmatites, characterised by a dense network of closely spaced, millimetre-wide leucocratic segregations with perfectly preserved igneous textures. The presence of fluids are required to decrease the solidus of basic igneous lithologies, to allow partial melting in such aloes-pressure (1-2 kb) environment. An oxygen isotope study was thus carried out on dykes inside and beyond the PX2 aureole, in order to decipher the nature and origin of such fluids. Low or negative δ18O values were obtained for whole rocks and mineral-separates, decreasing towards the contact, with the intrusion itself retaining fairly high values. This trend has been attributed to the advection of meteoric water during magma emplacement, with increasing fluid/rock ratios (higher dyke intensities towards the intrusion acting as fluid-pathways) and higher temperatures promoting increasing exchange during recrystallisation. A comparison of whole rock and mineral major- and trace- element data allowed the redistribution of elements .between different mineral phases and generations, during contact metamorphism and partial melting to be assessed. Certain trace-elements, e.g. Zr, Hf, Y, and REEs, were internally redistributed during contact metamorphic recrystallisation, causing- the enrichment of neocrystallised diopsides compared to relict phenocrysts. This has been assigned to the liberation of trace elements on the breakdown of primary minerals, kaersutite and sphene, on entering the thermal aureole. Major and trace element compositions of minerals in migmatite melanosomes and leucosomes are almost identical, pointing to a syn- or post- solidus reequilibration on cooling of the migmatite terrain. The mineralogical, textural and geochemical evolution of dykes in a contact metamorphic aureole, is recorded around an apophysis of the PX1 intrusion, where there is evidence of incipient partial melting. Hydrothermal mineral pseudomorphs in the outer parts of the aureole are progressively replaced by dry mineral assemblages, with increasingly recrystallised diopside and evidence of partial melting -the extent of which varies from one lithology to another. The appearance of more mafic lithologies towards the intrusion, with lower whole rock SiO2 and mobile element abundances, e.g. Rb, Cs, K, has been explained by the migration and accumulation of feldspathic material into leucosomes outside the samples. A micro-structural study of leucosomes and leucocratic pods, with the aid of high-resolution X-ray computed micro-tomography (HRXµCT), allowing the visualization and quantification of shapes and orientations, was carried out in order to better understand the processes of melt segregation in the PX1 aureole. Leucocratic pods, representing former amygdales, are considered as natural strain ellipsoids. Their short axes are oriented perpendicular to leucosome planes, which sub-parallel the intrusive contact. Leucosomes thus effectively represent foliation planes. This implies that the direction of maximum shortening, during migmatisation, was perpendicular to the orientation of leucosomes, contradicting earlier models that suggest leucosomes represent tension veins. RESUME DE LA THESE Un phénomène rare de fusion partielle de filons basiques à basse pression a été étudié dans les auréoles de contact de deux intrusions litées de gabbro-pyroxénite, PX1 et PX2, localisées dans le soubassement de l'île volcanique de Fuerteventura aux Canaries. Cette anatexie a engendré des migmatites finement zébrées d'aspect très inhabituel, dont les processus de formation ont été étudiés dans le présent travail. Ces roches sont caractérisées par un réseau dense de veinules leucocrates d'épaisseur millimétrique, dont les textures ignées sont parfaitement préservées. La fusion partielle de roches basiques à basse pression (1-2 kbar) requiert la présence d'eau afin d'abaisser le solidus du système à des températures géologiquement réalistes. Une étude comparative des isotopes de l'oxygène a ainsi été menée sur des filons respectivement affectés et non affectés par le métamorphisme de contact, afin de confirmer la présence de ces fluides, de déterminer l'importance de leur interaction avec les roches et leur origine. Des valeurs de δ180 basses ou négatives ont été mesurées sur roche totale et minéraux séparés, décroissantes en direction du contact, alors que l'intrusion elle-même a conservé des valeurs élevées. Ce gradient a été attribué à l'advection d'eau météorique durant la mise en place du magma, les températures les plus élevées favorisant d'autant plus la circulation des fluides et les échanges isotopiques durant la recristallisation des roches. Cette recristallisation engendré une redistribution chimique complète des éléments entre les différentes générations de minéraux résultant du métamorphisme de contact et de l'anatexie, mise en évidence par microanalyse. Certains éléments traces comme Zr, Hf, Y et les REE ont été concentrés dans le diopside néoformé consécutivement à la déstabilisation de minéraux primaires riches en ces éléments comme la kaersutite ou le sphène. Les compositions en éléments majeurs et traces des minéraux des mélanosomes et leucosomes des migmatites sont pratiquement identiques, indiquant une rééquilibration syn- à postsolidus lors du refroidissement de l'auréole de contact. La transformation progressive des filons basiques au niveau de leur minéralogie, textures et composition chimique a pu être observée en détail à l'approche du contact d'une apophyse de l'intrusion PX1. La paragenèse magmatique initiale n'est jamais préservée, les faciès les plus distants du contact étant constitués d'un assemblage pseudomorphique hydrothermal. Ce dernier est progressivement remplacé par des assemblages anhydres incluant du diopside néoformé, puis apparaissent les premiers signes de fusion partielle, dont l'importance varie fortement d'une lithologie à l'autre. L'apparition de faciès plus basiques en direction du contact, avec des teneurs réduites en SiO2 et en éléments incompatibles tels Rb, Cs, K, a été attribuée à l'échappement de leucosomes feldspathiques hors du système. Une étude microstructurale de la distribution spatiale du matériel leucocrate au sein des migmatites par microtomographie X de haute résolution (HRXµCT) a été menée pour mieux comprendre les processus de ségrégation des liquides dans l'auréole de PX1. De petites entités ovoïdes, représentant d'anciennes structures amygdalaires au sein des filons, ont été considérées comme des ellipsoïdes marqueurs de la déformation finie. Leur petit axe est orienté perpendiculairement aux plans définis par les leucosomes, eux-mêmes subparallèles au contact intrusif. Les leucosomes matérialisent donc des plans de clivage. Ainsi, la direction de raccourcissement maximum durant la fusion partielle était perpendiculaire à l'orientation des leucosomes, contrairement à ce qui a été dit dans de précédentes publications, qui suggéraient que les leucosomes représentaient des veines de tension. RESUME DE LA THESE (POUR LE GRAND PUBLIC) L'observation directe du soubassement d'une île volcanique est une occasion rare, accessible dans le «complexe de base » de l'île canarienne de Fuerteventura. Ce dernier a enregistré divers phénomènes magmatiques, métamorphiques et de fusion partielle induits par l'intrusion répétée de magmas alimentant des appareils volcaniques sus jacents, sous forme de petits plutons, essaims de filons et complexes annulaires de gabbros alcalins, pyroxénites, syénites et carbonatites. Dans ce contexte de flux de chaleur élevé, des filons basiques ont subi une fusion partielle au contact de deux intrusions de gabbro-pyroxénite, un phénomène extrêmement rare à une profondeur aussi réduite, estimée à quelque 3-6 km. Les produits de cette fusion partielle sont des liquides très riches en feldspath, concentrés en un réseau dense de veinules blanches (leucosomes) au sein du matériau résiduel sombre non fondu (mélanosome) pour former ce qu'on appelle des migmatites. Outre les aspects pétrologiques liés à la formation de ces migmatites, l'intérêt majeur du phénomène réside dans le fait qu'il puisse représenter la source des magmas évolués parfois observés sur les îles océaniques. A des pressions aussi faibles que dans le soubassement de Fuerteventura (1-2 Kbar), la présence de fluides abondants est nécessaire pour abaisser la température de début de fusion des roches (solidus) à des valeurs géologiquement réalistes. Des expériences ont montré que même en présence de plusieurs %-poids d'eau, une température de 1000°C était encore nécessaire pour obtenir une proportion de liquide équivalente à celle observée sur le terrain, soit 25%. Or les magmas alcalins des îles océaniques, bien qu'hydratés, n'en contiennent de loin pas autant, ce qui implique une source d'eau externe. Une étude isotopique de l'oxygène a été entreprise afin de tester cette hypothèse. Les valeurs obtenues en 5180 sont basses ou négatives et indiquent l'influence d'eau d'origine météorique. Cette eau de pluie se serait infiltrée le long des filons depuis la surface du volcan et les aurait complètement hydrothermalisés en profondeur (situation encore visible à l'extérieur de l'auréole de contact), leur permettant ainsi de stocker l'eau nécessaire à leur fusion partielle ultérieure. L'interaction entre eau de pluie et filons a été d'autant plus importante que ces derniers étaient proches du contact avec l'intrusion, ce qui suggère que la circulation de ces eaux et leur interaction avec les roches a été favorisée par la chaleur fournie par l'intrusion elle-même. Un autre aspect de ce travail s'est focalisé sur la redistribution des éléments traces au sein des minéraux des filons basiques durant le métamorphisme de contact et la fusion partielle. Ainsi, le pyroxène de seconde génération est-il sensiblement enrichi en traces telles Zr, Hf, Y et les terres rares, par rapport au pyroxène magmatique originel, en relation avec la déstabilisation de minéraux primaires riches en ces éléments tels le sphène et la kaersutite. Cependant, les compositions en éléments majeurs et traces des minéraux recristallisés des migmatites sont pratiquement les mêmes dans les leucosomes et les mélanosomes, suggérant une rééquilibration chimique complète durant le refroidissement de ces lithologies. Si certaines migmatites se sont comportées en système chimiquement fermé (hormis l'eau météorique), d'autres filons ont manifestement perdu une partie de leurs leucosomes, ainsi qu'en témoigne leur composition progressivement appauvrie en silice et autres éléments incompatibles mobiles, tels K et Rb à l'approche du contact de l'intrusion. Parallèlement à cette évolution chimique, les paragenèses hydrothermales distantes du contact sont progressivement remplacées par des paragenèses anhydres, puis par l'apparition des premiers leucosomes, tandis que les textures magmatiques initiales sont complètement effacées au profit d'une combinaison de textures magmatique dans les leucosomes et en mosaïque dans les mélanosomes. Enfin, la distribution spatiale des liquides de fusion partielle a été étudiée par microtomographie X de haute résolution, dans des filons contenant des entités ovoïdes leucocrates, sans doute d'anciennes amygdales à zéolites. Ces dernières ont été considérées comme des ellipsoïdes de la déformation finie. L'orientation de leur petit axe, perpendiculaire au plan défini par les veinules de leucosomes, indique que ces derniers représentent des plans de clivage perpendiculaires à la direction de raccourcissement maximum. Ainsi, la ségrégation des liquides de fusion partielle se serait faite dans les plans de compression et non dans des plans de dilatation, contrairement à ce que laisserait penser le sens commun.

Pyoderma gangrenosum: défi diagnostique et thérapeutique [Pyoderma gangrenosum: diagnostic and therapeutic challenge]

Pyoderma gangrenosum is a rare ulcerative disease associated with inflammatory bowel disease, arthritis or haematological malignancies. The diagnosis of Pyoderma gangrenosum is often delayed while consideration is given to the more likely diagnoses of wound breakdown or bacterial infection. The outcome depends on early diagnosis and on excellent collaboration between the surgical team and the infectious disease specialist. We present two puzzling cases of Pyoderma gangrenosum and discuss the physiopathology, the diagnosis strategy and the management. Le Pyoderma gangrenosum constitue une entité clinique méconnue, se présentant classiquement par des ulcérations cutanées inflammatoires et douloureuses. Le contexte clinique retrouve fréquemment une pathologie inflammatoire digestive, une néoplasie ou une atteinte rhumatologique concomitante. Le diagnostic est trop souvent tardif, après de multiples traitements antibiotiques et chirurgicaux, et nécessite une excellente coordination entre le médecin traitant, les équipes chirurgicales et les spécialistes des maladies infectieuses. Au travers de deux cas spectaculaires, nous rappelons quelques notions de base sur la physiopathologie, la présentation clinique et la prise en charge du Pyoderma gangrenosum.

Hand-in-hand advances in biomedical engineering and sensorimotor restoration.

BACKGROUND: Living in a multisensory world entails the continuous sensory processing of environmental information in order to enact appropriate motor routines. The interaction between our body and our brain is the crucial factor for achieving such sensorimotor integration ability. Several clinical conditions dramatically affect the constant body-brain exchange, but the latest developments in biomedical engineering provide promising solutions for overcoming this communication breakdown. NEW METHOD: The ultimate technological developments succeeded in transforming neuronal electrical activity into computational input for robotic devices, giving birth to the era of the so-called brain-machine interfaces. Combining rehabilitation robotics and experimental neuroscience the rise of brain-machine interfaces into clinical protocols provided the technological solution for bypassing the neural disconnection and restore sensorimotor function. RESULTS: Based on these advances, the recovery of sensorimotor functionality is progressively becoming a concrete reality. However, despite the success of several recent techniques, some open issues still need to be addressed. COMPARISON WITH EXISTING METHOD(S): Typical interventions for sensorimotor deficits include pharmaceutical treatments and manual/robotic assistance in passive movements. These procedures achieve symptoms relief but their applicability to more severe disconnection pathologies is limited (e.g. spinal cord injury or amputation). CONCLUSIONS: Here we review how state-of-the-art solutions in biomedical engineering are continuously increasing expectances in sensorimotor rehabilitation, as well as the current challenges especially with regards to the translation of the signals from brain-machine interfaces into sensory feedback and the incorporation of brain-machine interfaces into daily activities.

Increasing lactate turnover rate during exercise by means of altitude training and fructose ingestion : effects on substrate metabolism and endurance performance

Summary : With regard to exercise metabolism, lactate was long considered as a dead-end waste product responsible for muscle fatigue and a limiting factor for motor performance. However, a large body of evidence clearly indicates that lactate is an energy efficient metabolite able to link the glycolytic pathway with aerobic metabolism and has endocrine-like actions, rather than to be a dead-end waste product. Lactate metabolism is also known to be quickly upregulated by regular endurance training and is thought to be related to exercise performance. However, to what extent its modulation can increase exercise performance in already endurance-trained subjects is unknown. The general hypothesis of this work was therefore that increasing either lactate metabolic clearance rate or lactate availability could, in turn, increase endurance performance. The first study (Study I) aimed at increasing the lactate clearance rate by means of assumed interaction effects of endurance training and hypoxia on lactate metabolism and endurance performance. Although this study did not demonstrate any interaction of training and hypoxia on both lactate metabolism and endurance performance, a significant deleterious effect of endurance training in hypoxia was shown on glucose homeostasis. The methods used to determine lactate kinetics during exercise exhibited some limitations, and the second study did delineate some of the issues raised (Study 2). The third study (Study 3) investigated the metabolic and performance effects of increasing plasma lactate production and availability during prolonged exercise in the fed state. A nutritional intervention was used for this purpose: part of glucose feedings ingested during the control condition was substituted by fructose. The results of this study showed a significant increase of lactate turnover rate, quantified the metabolic fate of fructose; and demonstrated a significant decrease of lipid oxidation and glycogen breakdown. In contrast, endurance performance appeared to be unmodified by this dietary intervention, being at odds with recent reports. Altogether the results of this thesis suggest that in endurance athletes the relationship between endurance performance and lactate turnover rate remains unclear. Nonetheless, the result of the present study raises questions and opens perspectives on the rationale of using hypoxia as a therapeutic aid for the treatment of insulin resistance. Moreover, the results of the second study open perspectives on the role of lactate as an intermediate metabolite and its modulatory effects on substrate metabolism during exercise. Additionally it is suggested that the simple nutritional intervention used in the third study can be of interest in the investigation on the aforementioned roles of lactate. Résumé : Lorsque le lactate est évoqué en rapport avec l'exercice, il est souvent considéré comme un déchet métabolique responsable de l'acidose métabolique, de la fatigue musculaire ou encore comme un facteur limitant de la performance. Or la littérature montre clairement que le lactate se révèle être plutôt un métabolite utilisé efficacement par de nombreux tissus par les voies oxydatives et, ainsi, il peut être considéré comme un lien entre le métabolisme glycolytique et le métabolisme oxydatif. De plus on lui prête des propriétés endocrines. Il est connu que l'entraînement d'endurance accroît rapidement le métabolisme du lactate, et il est suggéré que la performance d'endurance est liée à son métabolisme. Toutefois la relation entre le taux de renouvellement du lactate et la performance d'endurance est peu claire, et, de même, de quelle manière la modulation de son métabolisme peut influencer cette dernière. Le but de cette thèse était en conséquence d'investiguer de quelle manière et à quel degré l'augmentation du métabolisme du lactate, par l'augmentation de sa clearance et de son turnover, pouvait à son tour améliorer la performance d'endurance de sujets entraînés. L'objectif de la première étude a été d'augmenter la clearance du lactate par le biais d'un entraînement en conditions hypoxiques chez des cyclistes d'endurance. Basé sur la littérature scientifique existante, on a fait l'hypothèse que l'entraînement d'endurance et l'hypoxie exerceraient un effet synergétique sur le métabolisme du lactate et sur la performance, ce qui permettrait de montrer des relations entre performance et métabolisme du lactate. Les résultats de cette étude n'ont montré aucun effet synergique sur la performance ou le métabolisme du lactate. Toutefois, un effet délétère sur le métabolisme du glucose a été démontré. Quelques limitations de la méthode employée pour la mesure du métabolisme du lactate ont été soulevées, et partiellement résolues dans la seconde étude de ce travail, qui avait pour but d'évaluer la sensibilité du modèle pharmacodynamique utilisé pour le calcul du turnover du lactate. La troisième étude a investigué l'effet d'une augmentation de la lactatémie sur le métabolisme des substrats et sur la performance par une intervention nutritionnelle substituant une partie de glucose ingéré pendant l'exercice par du fructose. Les résultats montrent que les composants dynamiques du métabolisme du lactate sont significativement augmentés en présence de fructose, et que les oxydations de graisse et de glycogène sont significativement diminuées. Toutefois aucun effet sur la performance n'a été démontré. Les résultats de ces études montrent que la relation entre le métabolisme du lactate et la performance reste peu claire. Les résultats délétères de la première étude laissent envisager des pistes de travail, étant donné que l'entraînement en hypoxie est considéré comme outil thérapeutique dans le traitement de pathologies liées à la résistance à l'insuline. De plus les résultats de la troisième étude ouvrent des perspectives de travail quant au rôle du lactate comme intermédiaire métabolique durant l'exercice ainsi que sur ses effets directs sur le métabolisme. Ils suggèrent de plus que la manipulation nutritionnelle simple qui a été utilisée se révèle être un outil prometteur dans l'étude des rôles et effets métaboliques que peut revêtir le lactate durant l'exercice.

Sampling and TDR probe insertion in the determination of the volumetric soil water content

Volumetric soil water content (theta) can be evaluated in the field by direct or indirect methods. Among the direct, the gravimetric method is regarded as highly reliable and thus often preferred. Its main disadvantages are that sampling and laboratory procedures are labor intensive, and that the method is destructive, which makes resampling of a same point impossible. Recently, the time domain reflectometry (TDR) technique has become a widely used indirect, non-destructive method to evaluate theta. In this study, evaluations of the apparent dielectric number of soils (epsilon) and samplings for the gravimetrical determination of the volumetric soil water content (thetaGrav) were carried out at four sites of a Xanthic Ferralsol in Manaus - Brazil. With the obtained epsilon values, theta was estimated using empirical equations (thetaTDR), and compared with thetaGrav derived from disturbed and undisturbed samples. The main objective of this study was the comparison of thetaTDR estimates of horizontally as well as vertically inserted probes with the thetaGrav values determined by disturbed and undisturbed samples. Results showed that thetaTDR estimates of vertically inserted probes and the average of horizontally measured layers were only slightly and insignificantly different. However, significant differences were found between the thetaTDR estimates of different equations and between disturbed and undisturbed samples in the thetaGrav determinations. The use of the theoretical Knight et al. model, which permits an evaluation of the soil volume assessed by TDR probes, is also discussed. It was concluded that the TDR technique, when properly calibrated, permits in situ, nondestructive measurements of q in Xanthic Ferralsols of similar accuracy as the gravimetric method.

Muscle protein waste in tumor-bearing rats is effectively antagonized by a beta 2-adrenergic agonist (clenbuterol). Role of the ATP-ubiquitin-dependent proteolytic pathway.

Tissue protein hypercatabolism (TPH) is a most important feature in cancer cachexia, particularly with regard to the skeletal muscle. The rat ascites hepatoma Yoshida AH-130 is a very suitable model system for studying the mechanisms involved in the processes that lead to tissue depletion, since it induces in the host a rapid and progressive muscle waste mainly due to TPH (Tessitore, L., G. Bonelli, and F. M. Baccino. 1987. Biochem. J. 241:153-159). Detectable plasma levels of tumor necrosis factor-alpha associated with marked perturbations in the hormonal homeostasis have been shown to concur in forcing metabolism into a catabolic setting (Tessitore, L., P. Costelli, and F. M. Baccino. 1993. Br. J. Cancer. 67:15-23). The present study was directed to investigate if beta 2-adrenergic agonists, which are known to favor skeletal muscle hypertrophy, could effectively antagonize the enhanced muscle protein breakdown in this cancer cachexia model. One such agent, i.e., clenbuterol, indeed largely prevented skeletal muscle waste in AH-130-bearing rats by restoring protein degradative rates close to control values. This normalization of protein breakdown rates was achieved through a decrease of the hyperactivation of the ATP-ubiquitin-dependent proteolytic pathway, as previously demonstrated in our laboratory (Llovera, M., C. García-Martínez, N. Agell, M. Marzábal, F. J. López-Soriano, and J. M. Argilés. 1994. FEBS (Fed. Eur. Biochem. Soc.) Lett. 338:311-318). By contrast, the drug did not exert any measurable effect on various parenchymal organs, nor did it modify the plasma level of corticosterone and insulin, which were increased and decreased, respectively, in the tumor hosts. The present data give new insights into the mechanisms by which clenbuterol exerts its preventive effect on muscle protein waste and seem to warrant the implementation of experimental protocols involving the use of clenbuterol or alike drugs in the treatment of pathological states involving TPH, particularly in skeletal muscle and heart, such as in the present model of cancer cachexia.

Mastoparan, a novel mitogen for Swiss 3T3 cells, stimulates pertussis toxin-sensitive arachidonic acid release without inositol phosphate accumulation

Mastoparan, a basic tetradecapeptide isolated from wasp venom, is a novel mitogen for Swiss 3T3 cells. This peptide induced DNA synthesis in synergy with insulin in a concentration-dependent manner; half-maximum and maximum responses were achieved at 14 and 17 microM, respectively. Mastoparan also stimulated DNA synthesis in the presence of other growth promoting factors including bombesin, insulin-like growth factor-1, and platelet-derived growth factor. The synergistic mitogenic stimulation by mastoparan can be dissociated from activation of phospholipase C. Mastoparan did not stimulate phosphoinositide breakdown, Ca2+ mobilization or protein kinase C-mediated phosphorylation of a major cellular substrate or transmodulation of the epidermal growth factor receptor. In contrast, mastoparan stimulated arachidonic acid release, prostaglandin E2 production, and enhanced cAMP accumulation in the presence of forskolin. These responses were inhibited by prior treatment with pertussis toxin. Hence, mastoparan stimulates arachidonic acid release via a pertussis toxin-sensitive G protein in Swiss 3T3 cells. Arachidonic acid, like mastoparan, stimulated DNA synthesis in the presence of insulin. The ability of mastoparan to stimulate mitogenesis was reduced by pertussis toxin treatment. These results demonstrate, for the first time, that mastoparan stimulates reinitiation of DNA synthesis in Swiss 3T3 cells and indicate that this peptide may be a useful probe to elucidate signal transduction mechanisms in mitogenesis.

Residual thermomechanical stresses in thinned-chip assemblies

A new technology for the three-dimensional (3-D) stacking of very thin chips on a substrate is currently under development within the ultrathin chip stacking (UTCS) Esprit Project 24910. In this work, we present the first-level UTCS structure and the analysis of the thermomechanical stresses produced by the manufacturing process. Chips are thinned up to 10 or 15 m. We discuss potentially critical points at the edges of the chips, the suppression of delamination problems of the peripheral dielectric matrix and produce a comparative study of several technological choices for the design of metallic interconnect structures. The purpose of these calculations is to give inputs for the definition of design rules for this technology. We have therefore undertaken a programme that analyzes the influence of sundry design parameters and alternative development options. Numerical analyses are based on the finite element method.