Physicochemical aspects and efficiency of albuterol nebulization: comparison of three aerosol types in an in vitro pediatric model.

BACKGROUND: Advances in nebulizer design have produced both ultrasonic nebulizers and devices based on a vibrating mesh (vibrating mesh nebulizers), which are expected to enhance the efficiency of aerosol drug therapy. The aim of this study was to compare 4 different nebulizers, of 3 different types, in an in vitro model using albuterol delivery and physical characteristics as benchmarks. METHODS: The following nebulizers were tested: Sidestream Disposable jet nebulizer, Multisonic Infra Control ultrasonic nebulizer, and the Aerogen Pro and Aerogen Solo vibrating mesh nebulizers. Aerosol duration, temperature, and drug solution osmolality were measured during nebulization. Albuterol delivery was measured by a high-performance liquid chromatography system with fluorometric detection. The droplet size distribution was analyzed with a laser granulometer. RESULTS: The ultrasonic nebulizer was the fastest device based on the duration of nebulization; the jet nebulizer was the slowest. Solution temperature decreased during nebulization when the jet nebulizer and vibrating mesh nebulizers were used, but it increased with the ultrasonic nebulizer. Osmolality was stable during nebulization with the vibrating mesh nebulizers, but increased with the jet nebulizer and ultrasonic nebulizer, indicating solvent evaporation. Albuterol delivery was 1.6 and 2.3 times higher with the ultrasonic nebulizer and vibrating mesh nebulizers devices, respectively, than with the jet nebulizer. Particle size was significantly higher with the ultrasonic nebulizer. CONCLUSIONS: The in vitro model was effective for comparing nebulizer types, demonstrating important differences between nebulizer types. The new devices, both the ultrasonic nebulizers and vibrating mesh nebulizers, delivered more aerosolized drug than traditional jet nebulizers.

Concentration-dependent half-lives of polychlorinated biphenyl in sera from an occupational cohort.

Polychlorinated biphenyls (PCBs) are carcinogenic. Estimating PCB half-life in the body based on levels in sera from exposed workers is complicated by the fact that occupational exposure to PCBs was to commercial PCB products (such as Aroclors 1242 and 1254) comprised of varying mixtures of PCB congeners. Half-lives were estimated using sera donated by 191 capacitor manufacturing plant workers in 1976 during PCB use (1946-1977), and post-exposure (1979, 1983, and 1988). Our aims were to: (1) determine the role of covariates such as gender on the half-life estimates, and (2) compare our results with other published half-life estimates based on exposed workers. All serum PCB levels were adjusted for PCB background levels. A linear spline model with a single knot was used to estimate two separate linear equations for the first two serum draws (Equation A) and the latter two (Equation B). Equation A gave half-life estimates of 1.74 years and 6.01 years for Aroclor 1242 and Aroclor 1254, respectively. Estimates were 21.83 years for Aroclor 1242 and 133.33 years for Aroclor 1254 using Equation B. High initial body burden was associated with rapid PCB elimination in workers at or shortly after the time they were occupationally exposed and slowed down considerably when the dose reached background PCB levels. These concentration-dependent half-life estimates had a transition point of 138.57 and 34.78 ppb for Aroclor 1242 and 1254, respectively. This result will help in understanding the toxicological and epidemiological impact of exposure to PCBs in humans.

Adaptive MCMC methods with applications in environmental and geophysical models

This work presents new, efficient Markov chain Monte Carlo (MCMC) simulation methods for statistical analysis in various modelling applications. When using MCMC methods, the model is simulated repeatedly to explore the probability distribution describing the uncertainties in model parameters and predictions. In adaptive MCMC methods based on the Metropolis-Hastings algorithm, the proposal distribution needed by the algorithm learns from the target distribution as the simulation proceeds. Adaptive MCMC methods have been subject of intensive research lately, as they open a way for essentially easier use of the methodology. The lack of user-friendly computer programs has been a main obstacle for wider acceptance of the methods. This work provides two new adaptive MCMC methods: DRAM and AARJ. The DRAM method has been built especially to work in high dimensional and non-linear problems. The AARJ method is an extension to DRAM for model selection problems, where the mathematical formulation of the model is uncertain and we want simultaneously to fit several different models to the same observations. The methods were developed while keeping in mind the needs of modelling applications typical in environmental sciences. The development work has been pursued while working with several application projects. The applications presented in this work are: a winter time oxygen concentration model for Lake Tuusulanjärvi and adaptive control of the aerator; a nutrition model for Lake Pyhäjärvi and lake management planning; validation of the algorithms of the GOMOS ozone remote sensing instrument on board the Envisat satellite of European Space Agency and the study of the effects of aerosol model selection on the GOMOS algorithm.

Relationship between photoperiod, plasma concentration of ionic calcium and the histology of the prolactin-secreting cells of the rostral pars distalis of the pituitary gland, the corpuscles of stannius and the ultimobranchial gland in the goldfish, Carassius auratus L. /

The relationship between photoperiod, plasma concentration of ionic calcium and the histology of the prolactin-secreting cells of the rostral pars distalis of the pituitary gland, the Corpuscles of Stannius and the Ultimobranchial gland were investigated. Neither the plasma concentration of ionic calcium nor histologically apparent prolactin cell activity could be correlated with photoperiod. Some evidence of a photoperiodic effect on both the Corpuscles of Stannius and the Ultimobranchial gland was obtained. The expected reciprocal relationship between the activity of these glands was not obvious at the histological level . Quantitative and qualitative analysis at the light microscope level revealed, however, that the hormone prolactin-secreting eta cells of the rostral pars distalis and the hypocalcin-secreting cells of the Corpuscles of Stannius may be arranged in a lamellar pattern comprized of synchronous bands of cells in like-phase of a secretory cycle consisting of four stages - synthesis, storage, release and reorganization. Such synchronized cell cycles in these glands have not heretofore been described in literature. It is suggested that the maintenance of at least 255? of the cells in any one phase of the cycle ensures a supply of the required hormone at all times.

The development of automated methods for the determination of trace concentrations of carbomate pesticides in water using solid sorbent pre-concentration methods and high performance liquid chromatography /

Several automated reversed-phase HPLC methods have been developed to determine trace concentrations of carbamate pesticides (which are of concern in Ontario environmental samples) in water by utilizing two solid sorbent extraction techniques. One of the methods is known as on-line pre-concentration'. This technique involves passing 100 milliliters of sample water through a 3 cm pre-column, packed with 5 micron ODS sorbent, at flow rates varying from 5-10 mUmin. By the use of a valve apparatus, the HPLC system is then switched to a gradient mobile phase program consisting of acetonitrile and water. The analytes, Propoxur, Carbofuran, Carbaryl, Propham, Captan, Chloropropham, Barban, and Butylate, which are pre-concentrated on the pre-column, are eluted and separated on a 25 cm C-8 analytical column and determined by UV absorption at 220 nm. The total analytical time is 60 minutes, and the pre-column can be used repeatedly for the analysis of as many as thirty samples. The method is highly sensitive as 100 percent of the analytes present in the sample can be injected into the HPLC. No breakthrough of any of the analytes was observed and the minimum detectable concentrations range from 10 to 480 ng/L. The developed method is totally automated for the analysis of one sample. When the above mobile phase is modified with a buffer solution, Aminocarb, Benomyl, and its degradation product, MBC, can also be detected along with the above pesticides with baseline resolution for all of the analytes. The method can also be easily modified to determine Benomyl and MBC both as solute and as particulate matter. By using a commercially available solid phase extraction cartridge, in lieu of a pre-column, for the extraction and concentration of analytes, a completely automated method has been developed with the aid of the Waters Millilab Workstation. Sample water is loaded at 10 mL/min through a cartridge and the concentrated analytes are eluted from the sorbent with acetonitrile. The resulting eluate is blown-down under nitrogen, made up to volume with water, and injected into the HPLC. The total analytical time is 90 minutes. Fifty percent of the analytes present in the sample can be injected into the HPLC, and recoveries for the above eight pesticides ranged from 84 to 93 percent. The minimum detectable concentrations range from 20 to 960 ng/L. The developed method is totally automated for the analysis of up to thirty consecutive samples. The method has proven to be applicable to both purer water samples as well as untreated lake water samples.

The effects of moisture, cation concentration, temperature, density and composition of soils on their electrical resistivity

The effects. of moisture, cation concentration, dens ity , temper~ t ure and grai n si ze on the electrical resistivity of so il s are examined using laboratory prepared soils. An i nexpen si ve method for preparing soils of different compositions was developed by mixing various size fractions i n the laboratory. Moisture and cation c oncentration are related to soil resistivity by powe r functions, whereas soil resistiv ity and temperature, density, Yo gravel, sand , sil t, and clay are related by exponential functions . A total of 1066 cases (8528 data) from all the experiments were used in a step-wise multiple linear r egression to determine the effect of each variable on soil resistivity. Six variables out of the eight variables studied account for 92.57/. of the total variance in so il resistivity with a correlation coefficient of 0.96. The other two variables (silt and gravel) did not increase the · variance. Moisture content was found to be - the most important Yo clay. variable- affecting s oil res istivi ty followed by These two variables account for 90.81Yo of the total variance in soil resistivity with a correlation ~oefficient ·.of 0 . 95. Based on these results an equation to ' ~~ed{ ct soil r esist ivi ty using moisture and Yo clay is developed . To t est the predicted equation, resistivity measurements were made on natural soils both in s i tu a nd i n the laboratory. The data show that field and laboratory measurements are comparable. The predicted regression line c losely coinciqes with resistivity data from area A and area B soils ~clayey and silty~clayey sands). Resistivity data and the predicted regression line in the case of c layey soils (clays> 40%) do not coincide, especially a t l ess than 15% moisture. The regression equation overestimates the resistivity of so i l s from area C and underestimates for area D soils. Laboratory prepared high clay soils give similar trends. The deviations are probably caused by heterogeneous distribution of mo i sture and difference in the type o f cl ays present in these soils.

Development and characterization of concentric capillary nebulizer used in inductively coupled plasma analysis /

A simple, low-cost concentric capillary nebulizer (CCN) was developed and evaluated for ICP spectrometry. The CCN could be operated at sample uptake rates of 0.050-1.00 ml min'^ and under oscillating and non-oscillating conditions. Aerosol characteristics for the CCN were studied using a laser Fraunhofter diffraction analyzer. Solvent transport efficiencies and transport rates, detection limits, and short- and long-term stabilities were evaluated for the CCN with a modified cyclonic spray chamber at different sample uptake rates. The Mg II (280.2nm)/l\/lg 1(285.2nm) ratio was used for matrix effect studies. Results were compared to those with conventional nebulizers, a cross-flow nebulizer with a Scott-type spray chamber, a GemCone nebulizer with a cyclonic spray chamber, and a Meinhard TR-30-K3 concentric nebulizer with a cyclonic spray chamber. Transport efficiencies of up to 57% were obtained for the CCN. For the elements tested, short- and long-term precisions and detection limits obtained with the CCN at 0.050-0.500 ml min'^ are similar to, or better than, those obtained on the same instrument using the conventional nebulizers (at 1.0 ml min'^). The depressive and enhancement effects of easily ionizable element Na, sulfuric acid, and dodecylamine surfactant on analyte signals with the CCN are similar to, or better than, those obtained with the conventional nebulizers. However, capillary clog was observed when the sample solution with high dissolved solids was nebulized for more than 40 min. The effects of data acquisition and data processing on detection limits were studied using inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry. The study examined the effects of different detection limit approaches, the effects of data integration modes, the effects of regression modes, the effects of the standard concentration range and the number of standards, the effects of sample uptake rate, and the effect of Integration time. All the experiments followed the same protocols. Three detection limit approaches were examined, lUPAC method, the residual standard deviation (RSD), and the signal-to-background ratio and relative standard deviation of the background (SBR-RSDB). The study demonstrated that the different approaches, the integration modes, the regression methods, and the sample uptake rates can have an effect on detection limits. The study also showed that the different approaches give different detection limits and some methods (for example, RSD) are susceptible to the quality of calibration curves. Multicomponents spectral fitting (MSF) gave the best results among these three integration modes, peak height, peak area, and MSF. Weighted least squares method showed the ability to obtain better quality calibration curves. Although an effect of the number of standards on detection limits was not observed, multiple standards are recommended because they provide more reliable calibration curves. An increase of sample uptake rate and integration time could improve detection limits. However, an improvement with increased integration time on detection limits was not observed because the auto integration mode was used.

The impact of wine closure and packaging type, and light and temperature exposure on the concentration of 3-alkyl-2 -methoxypyrazines and other key constituents of wine

3-alkyl-2-methoxypyrazines (MPs) are grape- and insect-derived odor-active compounds responsible for vegetative percepts that are detrimental to wine quality when elevated. This study tested both the effect of closure/packaging types and light/temperature storage conditions on MPs (isopropyl-, secbutyl-, and isobutyl-MP) in wine. An MP-emiched wine rapidly (after 140 hours) and significantly decreased in MP concentration after natural and synthetic cork contact (immersion of closures in wine). This decrease was greatest with synthetic closures (70% - 89% reduction) and secbutyl-MP. Subsequently storage trials tested the effects of commercial closure/packaging options (natural cork, agglomerate cork, synthetic corks, screwcaps and TetraPak® cartons) on MPs in MP-emiched Riesling and Cabernet Franc over 18 months. Regardless of packaging, isobutyl-MP was the most altered from bottling. Notably, all MP levels tended to decrease to the greatest extent in TetraPak® cartons (~34% for all MPs) and there was evidence of contribution ofisoproyl- and secbutyl-MP from cork-based closures (i.e. ~30% increase in secbutyl-MP after 6 months) or from an unidentified wine constituent. To test the effects of various light/temperature conditions (light exposed at ambient temperature in three different bottle hues, light excluded at ambient temperature and light excluded at a "cellar" temperature (14°C)), MP-emiched Riesling and Cabernet Franc were also analyzed for MP concentrations over 12 months. MPs did not vary consistently with light or temperature. Other odorants and physico-chemical properties were tested in all wines during storage trials and closely agree with previous literature. These results provide novel insights into MPs during ageing, interactions with packaging and storage conditions, and assist in the selection of storage conditions/packaging for optimal wine quality.

Mesure de la concentration en métaux traces dans la solution de sol par microlysimétrie

La présente étude porte sur l’évaluation d’une méthode d’acquisition de la solution de sol présente à l’interface sol-racine, dans la rhizosphère. Cette interface constitue le lieu privilégié de prise en charge par les plantes des contaminants, tels que les métaux traces. Comme les plantes acquièrent ces éléments à partir de la phase liquide, la solution de sol de la rhizosphère est une composante clé pour déterminer la fraction de métaux traces biodisponibles. La microlysimétrie est la méthode in situ la plus appropriée pour aborder les difficultés liées à l’échelle microscopique de la rhizosphère. Ainsi, dans les études sur la biodisponibilité des métaux traces au niveau de la rhizosphère, les microlysimètres (Rhizon©) gagnent en popularité sans, toutefois, avoir fait l’objet d’études exhaustives. L’objectif de cette étude est donc d’évaluer la capacité de ces microlysimètres à préserver l’intégrité chimique de la solution, tout en optimisant leur utilisation. Pour ce faire, les microlysimètres ont été soumis à une série d’expériences en présence de solutions et de sols, où la quantité de solution prélevée et le comportement des métaux traces (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn) ont été étudiés. Les résultats montrent que les microlysimètres fonctionnent de façon optimale lorsque le contenu en eau du sol est au-dessus de la capacité au champ et lorsqu’il y a peu de matière organique et d’argile. Les sols sableux ayant un faible contenu en C organique reproduisent mieux le volume prélevé et la solution sous la capacité au champ peut être récoltée. L’utilisation des microlysimètres dans ces sols est donc optimale. Dans les essais en solution, les microlysimètres ont atteint un équilibre avec la solution après 10 h de prélèvement. En respectant ce délai et les conditions optimales préalablement établies (pH acide et COD élevé), les microlysimètres préservent la composition chimique de la solution. Dans les essais en sol, cet équilibre n’a pas été atteint après dix jours et huit prélèvements. Le contenu en matière organique et l’activité microbienne semblent responsables de la modification des concentrations en métaux au cours de ces prélèvements, notamment, dans l’horizon FH où les microlysimètres performent très mal. En revanche, dans l’horizon B, les concentrations tendent à se stabiliser vers la fin de la série de prélèvements en se rapprochant des valeurs de référence. Bien que des valeurs plus élevées s’observent pour les microlysimètres, leurs concentrations en métaux sont comparables à celles des méthodes de référence (extrait à l’eau, lysimètres de terrain avec et sans tension). En somme, les microlysimètres se comportent généralement mieux dans l’horizon B. Même si leur utilisation est plus optimale dans un sol sableux, cet horizon est privilégié pour de futures études sur le terrain avec les microlysimètres.

Fractionation, chemical and toxicological characterization of tobacco smoke components

La fumée du tabac est un aérosol extrêmement complexe constitué de milliers de composés répartis entre la phase particulaire et la phase vapeur. Il a été démontré que les effets toxicologiques de cette fumée sont associés aux composés appartenant aux deux phases. Plusieurs composés biologiquement actifs ont été identifiés dans la fumée du tabac; cependant, il n’y a pas d’études démontrant la relation entre les réponses biologiques obtenues via les tests in vitro ou in vivo et les composés présents dans la fumée entière du tabac. Le but de la présente recherche est de développer des méthodes fiables et robustes de fractionnement de la fumée à l’aide de techniques de séparation analytique et de techniques de détection combinés à des essais in vitro toxicologiques. Une étude antérieure réalisée par nos collaborateurs a démontré que, suite à l’étude des produits de combustion de douze principaux composés du tabac, l’acide chlorogénique s’est avéré être le composé le plus cytotoxique selon les test in vitro du micronoyau. Ainsi, dans cette étude, une méthode par chromatographie préparative en phase liquide a été développée dans le but de fractionner les produits de combustion de l’acide chlorogénique. Les fractions des produits de combustion de l’acide chlorogénique ont ensuite été testées et les composés responsables de la toxicité de l’acide chlorogénique ont été identifiés. Le composé de la sous-fraction responsable en majeure partie de la cytoxicité a été identifié comme étant le catéchol, lequel fut confirmé par chromatographie en phase liquide/ spectrométrie de masse à temps de vol. Des études récentes ont démontré les effets toxicologiques de la fumée entière du tabac et l’implication spécifique de la phase vapeur. C’est pourquoi notre travail a ensuite été focalisé principalement à l’analyse de la fumée entière. La machine à fumer Borgwaldt RM20S® utilisée avec les chambres d’exposition cellulaire de British American Tobacco permettent l’étude in vitro de l’exposition de cellules à différentes concentrations de fumée entière du tabac. Les essais biologiques in vitro ont un degré élevé de variabilité, ainsi, il faut prendre en compte toutes les autres sources de variabilité pour évaluer avec précision la finalité toxicologique de ces essais; toutefois, la fiabilité de la génération de la fumée de la machine n’a jamais été évaluée jusqu’à maintenant. Nous avons donc déterminé la fiabilité de la génération et de la dilution (RSD entre 0,7 et 12 %) de la fumée en quantifiant la présence de deux gaz de référence (le CH4 par détection à ionisation de flamme et le CO par absorption infrarouge) et d’un composé de la phase particulaire, le solanesol (par chromatographie en phase liquide à haute performance). Ensuite, la relation entre la dose et la dilution des composés de la phase vapeur retrouvée dans la chambre d’exposition cellulaire a été caractérisée en utilisant une nouvelle technique d’extraction dite par HSSE (Headspace Stir Bar Sorptive Extraction) couplée à la chromatographie en phase liquide/ spectrométrie de masse. La répétabilité de la méthode a donné une valeur de RSD se situant entre 10 et 13 % pour cinq des composés de référence identifiés dans la phase vapeur de la fumée de cigarette. La réponse offrant la surface maximale d’aire sous la courbe a été obtenue en utilisant les conditions expérimentales suivantes : intervalle de temps d’exposition/ désorption de 10 0.5 min, température de désorption de 200°C pour 2 min et température de concentration cryogénique (cryofocussing) de -75°C. La précision de la dilution de la fumée est linéaire et est fonction de l’abondance des analytes ainsi que de la concentration (RSD de 6,2 à 17,2 %) avec des quantités de 6 à 450 ng pour les composés de référence. Ces résultats démontrent que la machine à fumer Borgwaldt RM20S® est un outil fiable pour générer et acheminer de façon répétitive et linéaire la fumée de cigarette aux cultures cellulaires in vitro. Notre approche consiste en l’élaboration d’une méthodologie permettant de travailler avec un composé unique du tabac, pouvant être appliqué à des échantillons plus complexes par la suite ; ex : la phase vapeur de la fumée de cigarette. La méthodologie ainsi développée peut potentiellement servir de méthode de standardisation pour l’évaluation d’instruments ou de l’identification de produits dans l’industrie de tabac.

Optimisation de la concentration en électrolytes au sein des matrices à base de HASCA pour la libération prolongée

Le sel sodique du carboxyméthylamidon à haute teneur en amylose, HASCA (Amylose 60%-amylopectine 40%), est un polymère hydrophile ionique utilisé pour obtenir des comprimés matriciels à libération prolongée. Il est caractérisé par la formation d'un hydrogel lors de la mise en contact avec le milieu de dissolution. La libération du principe actif (PA) à travers ce polymère est principalement contrôlée par la diffusion fickienne et la relaxation du réseau polymérique. De plus, la solubilité du PA est un facteur qui permet de moduler la libération, cependant, la solubilité d’un médicament dépend de la forme utilisée et du pH. Les bases ou les acides libres présentent une solubilité moins élevée que leurs sels. Nous proposons d’étudier l’effet d’une combinaison entre le sel et la forme acide ou le sel et la forme alcaline dans le même comprimé matriciel d’HASCA. Comme objectif de ce travail, nous étudions l’influence de la nature du polymère sur le profil de libération de PA dans un milieu aqueux en gradient de pH à cause de la nature des matrices à base d’HASCA caractérisées par la présence de groupement carboxyliques, ionisés ou non selon l’acidité du milieu de dissolution. Nous étudions également l’influence de la nature du PA (base libre ou son sel vs acide libre ou son sel) sur le profil de libération, ceci en sélectionnant des PAs modèles représentatifs de chaque catégorie. L’influence de changement de proportions entre la forme libre (acide ou base) et son sel sur le profil de libération est aussi investiguée. Pour ce, des comprimés à base de HASCA avec des proportions différentes de, soit le naproxène acide et le naproxène de sodium (PA acide et son sel), soit la tétracycline et le chlorhydrate de tétracycline (PA alcalin et son sel) ont été utilisés. Ceux-ci sont évalués lors des tests de dissolution dans un milieu simulant le milieu gastro-intestinal, selon les normes de l’USP (spectrophotométrie UV). Nous avons également menés des études de vitesse de dissolution intrinsèque sur les PAs purs, afin de déterminer leur solubilité et vitesse de libération dans les même pH de dissolution étudiés. Nous avons réussit d’obtenir des comprimés matriciels à base de HASCA convenables à être administrés une fois par jour en utilisant une combinaison du naproxène acide et son sel comme PA. Tandis que les résultats ont montré qu’en utilisant la tétracycline et son sel, les temps de libération étaient trop élevés pour permettre la réalisation d’une formulation convenable pour une administration quotidienne unique

Caractérisation spatiale des syncytia formés par le couplage des astrocytes du noyau sensoriel principal du nerf trijumeau en fonction de la concentration de calcium extracellulaire.

Le mouvement masticatoire est généré et coordonné par un générateur de patron central (GPC) situé au niveau du pont. Plusieurs résultats antérieurs de notre laboratoire soutiennent que le réseau de neurones à l’origine de la rythmogénèse est situé dans le noyau sensoriel principal du nerf trijumeau (NVsnpr). Ces mêmes expériences révèlent que des diminutions de la concentration calcique extracellulaire ([Ca2+]e) tiennent une place importante dans la génération des bouffées de décharges des neurones de cette région. Notre laboratoire tente de vérifier si la contribution des astrocytes à l’homéostasie de la concentration calcique extracellulaire est impliquée dans la genèse du rythme. Cette étude a pour but la caractérisation spatiale du syncytium astrocytaire au sein du NVsnpr dorsal et l’étude de l’effet de la [Ca2+]e sur les propriétés astrocytaires électrophysiologiques et de connectivité. Nous avons utilisés pour ce faire la technique d’enregistrement par patch-clamp sur une préparation en tranche de tronc cérébral de rat. Nous démontrons ici que la diminution de la [Ca2+]e n’affecte pas les propriétés électrophysiologiques astrocytaires, mais induit une augmentation de la taille du syncytium. De plus, nous établissons l’existence au sein du NVsnpr dorsal d’une organisation anatomofonctionnelle du réseau astrocytaire calquée sur l’organisation neuronale.