Immediate and enduring effects of corticosterone administration during adolescence and adulthood on anxiety and depressive behavior in male rats

Previous research has shown that the stress hormone corticosterone can increase depressive and anxiety-like behavior in rats as well as dampen the HPA response to a novel stressor (Kalynchuk et aI., 2004; Johnson et aI., 2006). Several studies have also shown that adolescence is a period of increased sensitivity to the negative effects of stressors (reviewed in McCormick et aI., 2010), which are often the result of exposure to corticosterone, and yet there is no research to date examining the effects of corticosterone administration during adolescence. The purpose of these experiments is to determine both the immediate and enduring effects of prolonged exposure to corticosterone in adolescence and adulthood on anxiety-like behavior, depressive behavior, and the HPA response. In Experiment 1 adolescent and adult rats were administered an injection of 40 mg/kg of corticosterone or vehicle daily for 16 days. Ha l f of the rats were then tested on the elevated plus maze (EPM) one day after their last injection, and the following day were tested on the forced swim test (FST). After the FST, which is a stressor, blood samples were collected at three time points, and the plasma concentrations of corticosterone were determined using a radioimmunoassay. The remaining rats were left undisturbed for three weeks, and then underwent the same testing as the first group. Corticosterone treatment had little effect on anxiety-like and depressive behavior, but it did alter the HPA response to the FST. In those rats tested soon after the period of injections, corticosterone dampened the HPA response as compared to vehicle treated rats in both adolescent and adult treated rats. For the adolescent treated rats that were tested several weeks later, corticosterone treatment increased HPA response as compared to the vehicle treated rats, but the same was not true for the adult treated rats. I t was hypothesized that the lack of behavioral effects of the corticosterone treatment may be the result of the vehicle injections inducing a stress response and thereby both groups would have similarly altered behavior. In Experiment 2 rats were administered corticosterone dissolved in their drinking water with 2.5% ethanol, or jus t the 2.5% ethanol or plain water, to determine the effects of corticosterone treatment without a stressor present. The regular drinking water was replaced with treated water for 16 days either during adulthood or adolescence, and as before, rats were either tested in the FST one day after the water was removed or three weeks later. Again there was no effect of treatment on depressive behavior. Similar to what was observed in Experiment 1, corticosterone treatment dampened the HPA response to a stressor for the rats tested soon after the treatment period. However, in Experiment 2 there was no effect of treatment on HPA response in those rats tested several weeks after they were treated. These results indicate that corticosterone can have a lasting effect on the HPA when administered in adolescence by injections but not in drinking water, which is likely because of the different schedules of exposure and rates of absorption between the two administration methods.

Chronic mild social stress increases neurogenesis in adolescent male rats

Once thought to occur only during specific periods of development, it is now clear that neurogenesis occurs in the rat hippocampus into adulthood. It is wellestablished that stress during adulthood decreases the rate of neurogenesis, but during adolescence, the effects of stress are much less understood. I investigated the effect of short-term or chronic stress during adolescence (daily lhr isolation and change of cage partner from postnatal day (PND) 30-32 or 30-45) on hippocampal neurogenesis. In experiment 1, rats were administered Bromodeoxyuridine (BrdU) daily on PND 30-32, or 46-48, to mark neurogenesis at the beginning of the stressor or after the stressor had ceased, respectively. Neither short-term nor chronic stress had an effect on proliferation or survival (evidenced by BrdU and Doublecortin (Dcx) immunohistochemistry respectively) of cells born at the beginning of the stress procedure. Compared to controls, BrdU-labeling showed chronic stress significantly increased proliferation of cells generated after the stressor had ceased, but survival of new neurons was not supported (Dcx-Iabeling). However, it may be that BrdU injections are inherently stressful. In experiment 2, the stressor (described above) was applied in the absence of BrdU injections. Ki67 (a marker of proliferation) showed that stress transiently increased cell proliferation. Dcx-Iabeling showed that stress also increased neuron survival into adulthood. Labeling with OX.,.42 (a marker of macro phages) suggested that the immune system plays a role in neurogenesis, as stress transiently decreased the number of activated microglia in the hippocampus. It can be concluded that in the adolescent male rat, chronic mild stress increases neurogenesis.

Les manifestations subtiles du stress dans le continuum de la psychose

RÉSUMÉ L’étiologie de la schizophrénie est complexe et le modèle de vulnérabilité-stress (Nuechterlein & Dawson, 1984) propose que des facteurs de vulnérabilité d’ordre génétique combinés à une histoire environnementale de stress particulier pousseraient l’individu vers un état clinique de psychose. L’objectif principal de cette thèse est de mieux comprendre la réaction physiologique des personnes schizophrènes face à un stress psychologique, tout en conceptualisant les symptômes psychotiques comme faisant partie d’un continuum, plutôt que de les restreindre sur un plan catégoriel. Afin de faire la différence entre les patients schizophrènes et les individus de la population générale, au-delà de la sévérité de leurs symptômes psychotiques, leur réaction au stress est comparée et le phénomène de seuil critique dans la réaction de cortisol est exploré en tant que point décisif pouvant distinguer entre les deux groupes. La première étude de cette thèse (Brenner et al., 2007) examine la fiabilité, la validité et la structure factorielle du Community Assessment of Psychic Experiences (CAPE) (Stefanis et al., 2002), avec un échantillon francophone et anglophone de la population nord américaine, un questionnaire auto-administré de 42 items qui évalue les expériences quasi-psychotiques présentes dans la population générale : des symptômes positifs (ou psychotiques), négatifs (ou végétatifs) et dépressifs. Ce questionnaire a été complété par un échantillon de 2 275 personnes de la population montréalaise. Les résultats appuient la consistance interne des 3 sous-échelles originales. De plus, l’analyse factorielle exploratoire suggère des solutions de 3-5 facteurs, où les solutions à 4 et 5 facteurs proposent de séparer les symptômes positifs en sous-catégories plus spécifiques. Finalement, cette étude suggère une version plus courte du CAPE, avec seulement 23 items, tout en préservant les mêmes trois échelles originales. La toile de fond de cet article confirme l’existence du phénomène du continuum de la psychose, où une variation de symptômes psychotiques peut se retrouver aussi bien dans la population générale que dans la population clinique. Dans une deuxième étude (Brenner et al., 2009), cette thèse examine à quel point la réponse de l’hormone de stress, le cortisol, à un test de stress psychosocial nommé le Trier Social Stress Test (TSST) (Kirschbaum, Pirke, & Hellhammer, 1993), peut établir une différence entre les sujets témoins et les patients schizophrènes, tout en contrôlant des variables importantes. Un groupe de 30 personnes schizophrènes et un groupe de 30 sujets de la population générale, recrutés lors de la première étude de cette thèse, ont participé à cette recherche qui est construite selon un plan expérimental. Le groupe témoin inclut des personnes légèrement symptomatiques et un chevauchement des scores psychotiques existe entre les deux groupes. Suite au stresseur, les deux groupes démontrent une augmentation significative de leur rythme cardiaque et de leur pression artérielle. Cependant, leur réponse de cortisol a tendance à différer : les patients schizophrènes présentent une réponse de cortisol plus petite que celle des témoins, mais en atteignant un seuil statistique significatif seulement à la mesure qui suit immédiatement le stresseur. Ces résultats significatifs sont obtenus en contrôlant pour la sévérité des symptômes positifs, un facteur discriminant significatif entre les deux groupes. Ainsi, le niveau de cortisol mesuré immédiatement après le stresseur se révèle être un marqueur de seuil critique pouvant établir une distinction entre les deux groupes. Aussi, leur réponse de cortisol maximale a tendance à apparaître plus tard que chez les sujets témoins. De façon générale, la réaction au stress des deux groupes étudiés est un autre moyen d’observer la continuité d’un comportement présent chez les individus, jusqu’à ce qu’un seuil critique soit atteint. Ainsi, il est possible de trancher, à un moment donné, entre psychose clinique ou absence de diagnostic.

Modulation des souvenirs neutres et émotifs consolidés : rôle du stress et des hormones de stress

Il a été suggéré que lorsqu’une trace de mémoire consolidée est rappelée (réactivée), elle devient instable et sujette aux modifications avant de se stabiliser à nouveau en mémoire à long terme. Nous avons récemment démontré que lorsque la réactivation d’un souvenir négatif est couplée à l’exposition à un stress psychosocial, le souvenir de l’évènement négatif est augmenté de façon durable. En se basant sur ces résultats, le but de cette thèse est de préciser le rôle du stress psychologique et physiologique (hormones de stress) sur la modulation de souvenirs réactivés. Plus précisément, la première étude visait à déterminer si le cortisol, hormone de stress majeure, est un joueur clé dans la modulation des souvenirs réactivés. Pour ce faire, nous avons inhibé pharmacologiquement les niveaux de cortisol au moment de la réactivation d’un souvenir contenant des segments neutres et négatifs. Les résultats démontrent que la réactivation du matériel négatif est amoindrie lorsque les niveaux de cortisol sont inhibés, et cet effet est toujours présent quatre jours plus tard. Étant donné que les stimuli utilisés jusqu’à maintenant ont une faible validité écologique, nous avons voulu déterminer si d’autres types de mémoires pouvaient également être modulables lors de leur réactivation. L’objectif de la deuxième étude était donc de déterminer si les mémoires autobiographiques collectives sont modulables par le stress au moment de leur réactivation. Pour ce faire, nous avons exposé les participants à de vrais extraits de journaux, neutres ou négatifs, afin de réactiver les mémoires collectives associées à ces évènements. Par la suite, tous les participants ont été exposés à un stress psychosocial et leur mémoire des extraits a été évaluée la journée suivante. Les résultats démontrent que les femmes ayant lu les nouvelles négatives avaient une réactivité physiologique accrue face au stresseur et une mémoire augmentée de ces mêmes nouvelles le jour suivant. Ce phénomène n’était cependant pas observable chez les hommes. Le but de la troisième étude était de déterminer si les mémoires autobiographiques personnelles sont modulables par le stress au moment de leur réactivation. Nous avons demandé aux participants de se remémorer deux évènements de leur passé, négatifs ou neutres. Par la suite, ils ont été exposés à un stress psychosocial et leur mémoire pour ces mêmes évènements a été évaluée à nouveau la journée suivante. Les résultats démontrent que les mémoires autobiographiques personnelles réactivées ne semblent pas être modulables par l’exposition à un stresseur. Globalement, les résultats de cette thèse démontrent que le cortisol a la capacité de moduler des souvenirs négatifs réactivés, mais que la nature (extrinsèque vs. intrinsèque) et l'intensité des souvenirs réactivés sont des facteurs déterminants pour que ce phénomène prenne place.

Étude sur les déterminants sociaux de la détresse psychologique des étudiants universitaires canadiens

Ce mémoire porte sur les déterminants sociaux de la détresse psychologique des étudiants universitaires canadiens. Nous avons utilisé comme cadre théorique la théorie sociologique du stress (Pearlin et al. 1981). L’objectif de ce mémoire est, en premier lieu, d’examiner si l’expérience de la vie universitaire, en terme de stresseurs et de ressources, a une influence sur la prévalence de la détresse psychologique en tenant compte des différences selon le sexe. En second lieu, nous examinerons si la transition vers l’université augmente le risque du taux de morbidité psychiatrique et si les étudiants québécois qui ont fréquenté le Cégep sont moins vulnérables à cette transition. L’étude a été réalisée à partir des données de l’enquête sur les campus canadiens (2004), menée auprès d’un échantillon représentatif d’étudiants dans 40 universités canadiennes. L’utilisation de données secondaires impose des limites importantes notamment en ce qui concerne les mesures de stresseurs et de ressources. Il ressort de notre étude que les stresseurs liés à l’expérience de la vie universitaire (programme d’études, performance académique, insertion dans la vie para-académique, modalité résidentielle) contribuent de façon marginale à l’explication de la variation des symptômes de détresse psychologique. Les ressources protectrices (sentiment de contrôle et soutien social), pour leur part, expliquent une portion significative de ces variations. La transition vers l’université n’a pas d’effet sur la détresse psychologique sauf dans le cas des femmes québécoises, celles-ci étant plus vulnérables que celles plus avancées dans leur cursus académique. Les résultats soulignent également que certains processus de prolifération du stress sont spécifiques au genre.

L’effet du stress sur la douleur aiguë et chronique

Objectif : Cette thèse a pour objectif de mieux comprendre l’effet du stress sur la douleur aiguë et chronique. Devis expérimental : 16 patients souffrant de douleur chronique lombalgique et 18 sujets contrôles ont participé à une étude d’imagerie par résonance magnétique (IRM) et ont collecté des échantillons de salive afin de quantifier les niveaux d’hormone de stress (i.e. cortisol) la journée de l’étude (réponse réactive) et durant les sept jours consécutifs suivants (réponse basale). Étude 1 : Une première étude a examiné le lien entre les niveaux de cortisol basal, le volume de l’hippocampe et l’activité cérébrale évoquée par la douleur thermique chez des patients souffrant de douleur chronique et les sujets contrôles. Les résultats révèlent que les patients souffrant de douleur chronique avaient des niveaux de cortisol plus élevés que ceux des sujets contrôles. Chez ces patients, un niveau élevé de cortisol était associé à un plus petit volume de l'hippocampe et à davantage d’activation dans le gyrus parahippocampique antérieure (une région impliquée dans l'anxiété anticipatoire et l'apprentissage associatif). De plus, une analyse de médiation a montré que le niveau de cortisol basal et la force de la réponse parahippocampique explique statistiquement l’association négative entre le volume de l'hippocampe et l'intensité de la douleur chronique. Ces résultats suggèrent que l’activité endocrinienne plus élevée chez les patients ayant un plus petit hippocampe modifie le fonctionnement du complexe hippocampique et contribue à l’intensité de la douleur chronique. Étude 2 : La deuxième étude a évalué la contribution de la réponse de stress réactif aux différences interindividuelles dans la perception de la douleur aiguë chez des patients souffrant de douleur chronique et chez des sujets normaux. Les deux groupes ont montré des augmentations significatives du niveau de cortisol en réponse à des stimulations nocives administrées dans un contexte d’IRM suggérant ainsi que la réactivité de l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien est préservée chez les patients lombalgiques. De plus, les individus présentant une réponse hormonale de stress plus forte ont rapporté moins de douleur et ont montré une réduction de l'activation cérébrale dans le noyau accumbens, dans le cortex cingulaire antérieur (CCA), le cortex somatosensoriel primaire, et l'insula postérieure. Des analyses de médiation ont indiqué que la douleur liée à l'activité du CCA explique statistiquement la relation entre la réponse de stress et le désagrément de la douleur rapportée par les participants. Enfin, des analyses complémentaires ont révélé que le stress réduit la connectivité fonctionnelle entre le CCA et le tronc cérébral pendant la douleur aiguë. Ces résultats indiquent que le stress réactif module la douleur et contribue à la variabilité interindividuelle de l'activité cérébrale et la réponse affective à la douleur. Discussion : Conjointement, ces études suggèrent dans un premier temps que la douleur chronique peut être exacerbée par une réponse physiologique inadéquate de l'organisme exposé à un stress récurrent, et en un second temps, que le CCA contribuerait à l'analgésie induite par le stress. Sur le plan conceptuel, ces études renforcent le point de vue prédominant suggérant que la douleur chronique induit des changements dans les systèmes cérébraux régissant les fonctions motivationnelles et affective de la douleur.

Culture organisationnelle et santé mentale au travail

Cette thèse doctorale poursuit l’objectif de mieux comprendre le rôle joué par la culture organisationnelle en tant que déterminant des problèmes de santé mentale dans la main-d’œuvre. Ceci, dans un contexte où les organisations font face à plusieurs défis importants pouvant affecter leur survie et pérennité, mais surtout face aux coûts directs et indirects reliés à ce type de problèmes qui ne cessent d’augmenter. Cette thèse fut également inspirée par les nombreuses limites constatées à la suite d’une revue de la littérature sur la santé mentale au travail, alors que les principaux modèles sur le stress professionnel (e.g. modèle demandes-contrôle de Karasek (1979), modèle demandes-contrôle-soutien de Karasek et Theorell (1990), le modèle du Déséquilibre Efforts-Récompenses de Siegrist (1996) et le modèle Demandes-Ressources de Demerouti et al., (2001)) et guidant la recherche sur le sujet, ne tiennent pas compte du contexte organisationnel élargi dans lequel se vit le travail. Un élément bien précis du contexte organisationnel est le cœur de cette thèse soit la culture organisationnelle. En effet, la culture organisationnelle joue-t-elle un rôle dans le développement et/ou l’aggravation de problèmes de santé mentale dans la main-d’œuvre? Si oui ce rôle existe, alors comment et sous quelles conditions la culture organisationnelle est-elle susceptible de protéger ou de fragiliser la santé mentale des individus? Dans le but de mieux comprendre le rôle joué par la culture organisationnelle en matière de santé mentale au travail, nous avons eu recours à un modèle théorique intégrateur exposant les relations entre la culture organisationnelle, les conditions de l’organisation du travail et la santé mentale. Cette articulation théorique est présentée sous forme d’article dans le cadre de cette thèse. De ce modèle découle deux grandes hypothèses. La première est à l’effet que les conditions de l’organisation du travail sont associées à la détresse psychologique et à l’épuisement professionnel une fois tenu en compte la culture organisationnelle. La seconde hypothèse induite par le modèle proposé, pose que les conditions de l’organisation du travail médiatisent la relation entre la culture organisationnelle et les problèmes de santé mentale au travail. Ces hypothèses de recherche furent testées à partir de données transversales obtenues dans le cadre du projet de recherche SALVEO de l’Équipe de Recherche sur le Travail et la Santé Mentale (ERTSM) de l’Université de Montréal. Les résultats obtenus sont présentés sous forme de deux articles, soumis pour publication, lesquels constituent les chapitres 5 et 6 de cette thèse. Dans l’ensemble, le modèle théorique proposé obtient un soutient empirique important et tend à démontrer que la culture organisationnelle joue indirectement sur la détresse psychologique de par son influence sur les conditions de l’organisation du travail. Pour l’épuisement professionnel, les résultats démontrent que la culture organisationnelle influence directement et indirectement les problèmes de santé mentale au travail. Les résultats corroborent l’importance de développer de nouveaux modèles théoriques pour mieux inclure des facteurs reliés à l’organisation et au contexte organisationnel plus large afin d’avoir un portrait complet de la problématique de la santé mentale au travail. Cette thèse conclue sur les implications de ces résultats pour la recherche, et pour les retombées pratiques pour la gestion des ressources humaines.

Respuesta de las células HeLa y EA.hy926 al estrés por hipoxia y radiación ionizante a través de la vía JAK/STAT y la supervivencia celular

El comportamiento biológico de las células cancerosas es influenciado por el microambiente en el que se desarrollan y en este, factores como la angiogénesis o el estímulo de agentes estresores como la hipoxia, se han considerado críticos para su evolución y manejo terapéutico. Uno de los mecanismos moleculares implicados en la respuesta celular frente a estímulos estresores es la activación de vías de señalización intracelulares; en este estudio, se evaluó el estado de la vía JAK/STAT y en ella la expresión/activación de la proteína STAT3 en la línea tumoral (HeLa) y endotelial (EA.hy926), sometidas a hipoxia física y química con mesilato de deferoxamina durante 2, 6 y 24 horas. Adicionalmente, al considerar la importancia de la hipoxia como un agente modificador de la respuesta en el manejo del cáncer utilizando radiaciones ionizantes, se construyeron curvas de supervivencia celular que permitieron evaluar el comportamiento celular frente a estos estímulos. El presente estudio resalta la importancia de la hipoxia como un estímulo que modifica la activación de la proteína STAT3 y la supervivencia de células irradiadas en las dos líneas estudiadas.

Efecto del estrés ocasionado por las pruebas académicas sobre los niveles de cortisol y prolactina en un grupo de estudiantes de Medicina

Introducción: La relación entre el sistema inmune y el estrés ha sido motivo de debate en los últimos años. Los cambios neurohormonales generan variaciones en la respuesta inmunológica, con cambios importantes en los niveles de citoquinas lo que causa a su vez, en algunos casos, depresión de la respuesta citotóxica debida a la disminución de la población de células asesinas naturales (NK) (1). El estrés académico constituye un buen modelo para estudiar los cambios asociados en la secreción de algunas hormonas del eje Hipotalámico- Pituitario-Adrenocortical -HPA- (2, 3). Materiales y métodos: En el presente estudio se evaluó el comportamiento de las hormonascortisol y prolactina, así como su incidencia en la respuesta adaptativa a Herpes Simple tipo I, en una población de estudio constituída por 26 estudiantes de la Facultad de Medicina, con edades comprendidas entre 14 y 27 años, con mayor frecuencia de género masculino (80.8%). Se realizó un estudio de intervención longitudinal en tres momentos, donde se midieron los niveles de cortisol, prolactina y anticuerpos contra Herpes Simple tipo I. Así mismo, se realizó una medición 15 días antes de la exposición al estresor, durante la aplicación del estresor (semana de exámenes trimestrales), y quince días después de la exposición al estresor Todas las muestras fueron tomadas entre las 8:00 a.m. y las 10:00 a.m. Resultados y discusión: Se encontraron diferencias significativas (p < 0.001) en los valores promedio de prolactina, pues hubo una tendencia secular al aumento en los tres momentos evaluados. Para el cortisol, los cambios estuvieron cerca de mostrar diferencias significativas (p = 0.098), con un aumento en el momento del estresor y una disminución después del estresor. También hubo diferencias significativas (p = 0.043) en los niveles de anticuerpos para Herpes Simple tipo I, con una tendencia secular al aumento en los tres momentos evaluados. La respuesta adaptativa a Herpes Simple tipo I aumentó notoriamente como resultado de los cambios en la concentración de prolactina, la que, a su vez, aumentó de manera significativa después de la exposición al estresor. Aunque los niveles de cortisol no aumentan significativamente durante la semana del estresor, podrían ser suficientes para mantener niveles basales de prolactina, sin que haya un aumento de la respuesta adaptativa. Se podría inferir que el cortisol regula la síntesis de prolactina, pues en los resultados se observa que, a medida que disminuye la concentración de cortisol, los niveles de prolactina aumentan significativamente.

Exercise and Training at Altitudes: Physiological Effects and Protocols

An increase in altitude leads to a proportional fall in the barometric pressure, and a decrease in atmospheric oxygen pressure, producing hypobaric hypoxia that affects, in different degrees, all body organs, systems and functions. The chronically reduced partial pressure of oxygen causes that individuals adapt and adjust to physiological stress. These adaptations are modulated by many factors, including the degree of hypoxia related to altitude, time of exposure, exercise intensity and individual conditions. It has been established that exposure to high altitude is an environmental stressor that elicits a response that contributes to many adjustments and adaptations that influence exercise capacity and endurance performance. These adaptations include in crease in hemoglobin concentration, ventilation, capillary density and tissue myoglobin concentration. However, a negative effect in strength and power is related to a decrease in muscle fiber size and body mass due to the decrease in the training intensity. Many researches aim at establishing how training or living at high altitudes affects performance in athletes. Training methods, such as living in high altitudes training low, and training high-living in low altitudes have been used to research the changes in the physical condition in athletes and how the physiological adaptations to hypoxia can enhanceperformance at sea level. This review analyzes the literature related to altitude training focused on how physiological adaptations to hypoxic environments influence performance, and which protocols are most frequently used to train in high altitudes.

Individual differences in the effects of perceived controllability on pain perception: critical role of the prefrontal cortex

The degree to which perceived controllability alters the way a stressor is experienced varies greatly among individuals. We used functional magnetic resonance imaging to examine the neural activation associated with individual differences in the impact of perceived controllability on self-reported pain perception. Subjects with greater activation in response to uncontrollable (UC) rather than controllable (C) pain in the pregenual anterior cingulate cortex (pACC), periaqueductal gray (PAG), and posterior insula/SII reported higher levels of pain during the UC versus C conditions. Conversely, subjects with greater activation in the ventral lateral prefrontal cortex (VLPFC) in anticipation of pain in the UC versus C conditions reported less pain in response to UC versus C pain. Activation in the VLPFC was significantly correlated with the acceptance and denial subscales of the COPE inventory [Carver, C. S., Scheier, M. F., & Weintraub, J. K. Assessing coping strategies: A theoretically based approach. Journal of Personality and Social Psychology, 56, 267–283, 1989], supporting the interpretation that this anticipatory activation was associated with an attempt to cope with the emotional impact of uncontrollable pain. A regression model containing the two prefrontal clusters (VLPFC and pACC) predicted 64% of the variance in pain rating difference, with activation in the two additional regions (PAG and insula/SII) predicting almost no additional variance. In addition to supporting the conclusion that the impact of perceived controllability on pain perception varies highly between individuals, these findings suggest that these effects are primarily top-down, driven by processes in regions of the prefrontal cortex previously associated with cognitive modulation of pain and emotion regulation.

Reproduction recovery of the crustacean Daphnia magna after chronic exposure to ibuprofen

In mammals, the pharmaceutical ibuprofen (IB), a non-steroidal anti-inflammatory drug, primarily functions by reversibly inhibiting the cyclooxygenase (COX) pathway in the synthesis of eicosanoids (e.g. prostaglandins). Previous studies suggest that IB may act in a similar manner to interrupt production of eicosanoids reducing reproduction in the model crustacean Daphnia magna. On this basis withdrawal of IB should lead to the recovery of D. magna reproduction. Here we test whether the effect of IB is reversible in D. magna, as it is in mammals, by observing reproduction recovery following chronic exposure. D. magna (5-days old) were exposed to a range of IB concentrations (0, 20, 40 and 80 mg l(-1)) for 10 days followed by a 10 day recovery period in uncontaminated water. During the exposure period, individuals exposed to higher concentrations produced significantly fewer offspring. Thereafter, IB-stressed individuals produced offspring faster during recovery, having similar average population growth rates (PGR) (1.15-1.28) to controls by the end of the test. It appears that maternal daphnids are susceptible to IB during egg maturation. This is the first recorded recovery of reproduction in aquatic invertebrates that suffered reproductive inhibition during chronic exposure to a chemical stressor. Our results suggest a possible theory behind the compensatory fecundity that we referred to as 'catch-up reproduction'.

Population growth rate and carrying capacity for springtails Folsomia candida exposed to ivermectin

Forecasting the effects of stressors on the dynamics of natural populations requires assessment of the joint effects of a stressor and population density on the population response. The effects can be depicted as a contour map in which the population response, here assessed by Population growth rate, varies with stress and density in the same way that the height of land above sea level varies with latitude and longitude. We present the first complete map of this type using as our model Folsomia candida exposed to five different concentrations of the widespread anthelmintic veterinary medicine ivermectin in replicated microcosm experiments lasting 49 days. The concentrations of ivermectin in yeast were 0.0, 6.8 28.83 66.4 and 210.0 mg/L wet weight. Increasing density and chemical concentration both significantly reduced the population growth rate of Folsomia candida, in part through effects on food consumption and fecundity. The interaction between density and ivermectin concentration was "less-than-additive," implying that at high density populations were able to compensate for the effects of the chemical. This result demonstrates that regulatory protocols carried out at low density (as in most past experiments) may seriously overestimate effects in the field, where densities are locally high and populations are resource limited (e.g., in feces of livestock treated with ivermectin).

Towards a population ecology of stressed environments: the effects of zinc on the springtail Folsomia candida

1. To understand population dynamics in stressed environments it is necessary to join together two classical lines of research. Population responses to environmental stress have been studied at low density in life table response experiments. These show how the population's growth rate (pgr) at low density varies in relation to levels of stress. Population responses to density, on the other hand, are based on examination of the relationship between pgr and population density. 2. The joint effects of stress and density on pgr can be pictured as a contour map in which pgr varies with stress and density in the same way that the height of land above sea level varies with latitude and longitude. Here a microcosm experiment is reported that compared the joint effects of zinc and population density on the pgr of the springtail Folsomia candida (Collembola). 3. Our experiments allowed the plotting of a complete map of the effects of density and a stressor on pgr. Particularly important was the position of the pgr= 0 contour, which suggested that carrying capacity varied little with zinc concentration until toxic levels were reached. 4. This prediction accords well with observations of population abundance in the field. The method also allowed us to demonstrate, simultaneously, hormesis, toxicity, an Allee effect and density dependence. 5. The mechanisms responsible for these phenomena are discussed. As zinc is an essential trace element the initial increase in pgr is probably a consequence of dietary zinc deficiency. The Allee effect may be attributed to productivity of the environment increasing with density at low density. Density dependence is a result of food limitation. 6. Synthesis and applications. We illustrate a novel solution based on mapping a population's growth rate in relation to stress and population density. Our method allows us to demonstrate, simultaneously, hormesis, toxicity, an Allee effect and density dependence in an important ecological indicator species. We hope that the approach followed here will prove to have general applicability enabling predictions of field abundance to be made from estimates of the joint effects of the stressors and density on population growth rate.

Joint effects of density and a growth inhibitor on the life history and population growth rate of the midge Chironomus riparius

Results of previous laboratory studies suggest that high population density often buffers the effects of chemical stressors that predominately increase mortality. Mortality stressors act to release more resources for the survivors and, therefore, produce less-than-additive effects. By contrast, growth stressors are expected to have opposite results or more-than-additive effects. We investigated the effects of a growth inhibitor (lufenuron) on larval growth and survival of Chironomus riparius and examined its joint effects with density on population growth rate (PGR). Exposure to 60 mu g/kg sediment or greater inhibited larval growth, and exposure to 88 mu g/kg or greater often resulted in mortality before reaching emergence. The effects of lufenuron, however, differed with population density. At 88 mu g/kg, mortalities and, to a lesser extent, reduced fecundity resulted in a reduction in PGR at low density. Conversely, when populations were initiated at high density, PGR was similar to that of controls, because the few survivors reached maturity sooner and started producing offspring earlier. The effect of density as a growth stressor therefore was stronger than the effect of lufenuron, which had effects similar to those of a mortality stressor and produced less-than-additive effects. Longterm studies under field conditions, however, are needed before less-than-additive effects are considered to be the norm.