Rôle de l’apport prénatal en acides gras oméga-3 sur le développement à long terme des fonctions visuelles chez les enfants Inuits

La consommation de poisson et de mammifères marins représente une source importante d’acides gras oméga-3 connus pour leurs effets bénéfiques sur le développement des fonctions cérébrales et notamment, sur le développement du système visuel. Afin de tester l’hypothèse selon laquelle l’exposition prénatale aux acides gras oméga-3 a des effets bénéfiques à long terme, nous avons examiné les fonctions visuelles chez des enfants Inuits d’âge scolaire exposés à de grandes quantités d’oméga-3 durant la période de gestation. Des enfants Inuits (n = 136; moyenne d’âge = 11.3 ans) du nord du Québec (Nunavik) ont participé à cette étude. Un protocole de potentiels évoqués visuels (PEVs) utilisant des stimuli en couleur et en mouvement a été employé afin d’appréhender les réponses parvo- et magnocellulaires respectivement. Les concentrations d’acide docosahexaénoïque (ADH) ont été mesurées à la naissance à partir du sang de cordon ombilical et au moment du testing, reflétant ainsi les expositions pré- et post-natales. Les relations entre les niveaux sanguins d’ADH et les PEVs ont été examinées à l’aide d’analyses de régression multiples, en tenant compte des contaminants environnementaux et d’autres variables potentiellement confondantes. Aucune association significative n’a été trouvée en ce qui concerne les stimuli de mouvement. Cependant, après ajustement pour les covariables, les concentrations d’ADH à la naissance étaient associées à une latence plus courte des composantes N1 et P1 des PEVs couleur. Notre étude démontre, pour la première fois, des effets bénéfiques de l’exposition prénatale à l’ADH sur le système parvocellulaire à l’âge scolaire.

Mercure, arsenic et sélénium au Burkina Faso : bioaccumulation, transfert trophique dans les systèmes aquatiques et évaluation de bioaccessibilité chez les humains

L’extraction aurifère est l’une des activités humaines qui a fortement accru l’émission de contaminants métalliques dans l’environnement. Le mercure (Hg), l’arsenic (As) et le sélénium (Se) sont 3 polluants métalliques de grande toxicité environnementale. En milieu aquatique, ils peuvent subir des transformations menant à des composés capables de bioaccumulation et de bioamplification. Il peut en résulter des concentrations 106 fois celle mesurée dans l’eau chez les poissons et les organismes situés en haut des chaînes alimentaires posant de ce fait de graves menaces pour la santé de ces organismes ainsi que leurs consommateurs y compris les humains. Cette étude a évalué les teneurs en Hg, As et Se dans les milieux aquatiques au Burkina Faso, une région d’Afrique sub-saharienne soumise à une exploitation minière intensive. Le risque potentiel pour les organismes aquatiques et les humains a été évalué en considérant les effets des interactions antagonistes Se/Hg et As/Se. La bioaccumulation et le transfert du Hg et du Se dans les réseaux trophiques sont également décrits. L’exposition au Hg de poissons par les humains a été également évalué au laboratoire par mesure de la bioaccessibilité comme équivalent de la biodisponibilité par simulation de la digestion humaine. En général, les milieux aquatiques étudiés étaient peu affectés par ces 3 métal(loïd)s bien que certaines espèces de poisson issus des réservoirs les plus profonds indiquent des teneurs de Hg au dessus de 500 ngHg/g (poids frais) recommandé par l’OMS. Ces niveaux sont susceptibles de présenter des risques toxicologiques pour les poissons et pour leurs consommateurs. En considérant l’antagonisme Se/Hg, 99 % des échantillons de poisson seraient moins exposés à la toxicité du Hg dû à la présence simultanée du sélénium dans le milieu et pourraient être consommés sans risque. Cependant, les effets potentiels de l’antagonisme As/Se pourraient réduire les effets bénéfiques du Se et ramener cette proportion à 83 %. L’application des mesures de signatures en isotopes stables d’azote (δ15N) et de carbone (δ13C) des organismes aquatiques a permis le traçage des voies de transfert du Hg et du Se dans les réseaux trophiques. On y observe des chaînes trophiques très courtes (3 - 4 niveaux trophiques) et des poissons majoritairement benthiques. L’approche isotopique n’a cependant pas permis de détecter les variations saisonnières des niveaux de contamination en Hg des poissons. L’exploration des contenus stomacaux des poissons a permis de mieux expliquer la baisse des concentrations en Hg et Se observées chez certains poissons au cours de la saison sèche en lien avec la variation de la composition des proies que l’analyse isotopique n’a pas cerné. L’étude suggère que l’analyse de contenus stomacaux ainsi que l’étude de la dynamique des communautés d’invertébrés couplées à celle des métaux pourraient améliorer la compréhension du fonctionnement des écosystèmes étudiés. Enfin, l’évaluation expérimentale de l’exposition au Hg indique que les modes de traitement avant consommation ainsi que l’usage de composés alimentaires tels le thé, le café lors de repas de poisson par certaines communautés humaines ont un impact sur la bioaccessibilité du Hg de poisson. Ces résultats, sous réserve de validation par des modèles animaux, suggèrent la prise en compte des habitudes alimentaires des communautés dans l’élaboration adéquat des avis de consommation de poisson.

Développement d’outils utilisant la surveillance biologique pour évaluer l’exposition et les risques pour la santé : application au méthylmercure et au sélénium

Dans une perspective d’analyse des risques pour la santé publique, l’estimation de l’exposition revêt une importance capitale. Parmi les approches existantes d’estimation de l’exposition, l’utilisation d’outils, tels que des questionnaires alimentaires, la modélisation toxicocinétique ou les reconstructions de doses, en complément de la surveillance biologique, permet de raffiner les estimations, et ainsi, de mieux caractériser les risques pour la santé. Ces différents outils et approches ont été développés et appliqués à deux substances d’intérêt, le méthylmercure et le sélénium en raison des effets toxiques bien connus du méthylmercure, de l’interaction entre le méthylmercure et le sélénium réduisant potentiellement ces effets toxiques, et de l’existence de sources communes via la consommation de poisson. Ainsi, l’objectif général de cette thèse consistait à produire des données cinétiques et comparatives manquantes pour la validation et l’interprétation d’approches et d’outils d’évaluation de l’exposition au méthylmercure et au sélénium. Pour ce faire, l’influence du choix de la méthode d’évaluation de l’exposition au méthylmercure a été déterminée en comparant les apports quotidiens et les risques pour la santé estimés par différentes approches (évaluation directe de l’exposition par la surveillance biologique combinée à la modélisation toxicocinétique ou évaluation indirecte par questionnaire alimentaire). D’importantes différences entre ces deux approches ont été observées : les apports quotidiens de méthylmercure estimés par questionnaires sont en moyenne six fois plus élevés que ceux estimés à l’aide de surveillance biologique et modélisation. Ces deux méthodes conduisent à une appréciation des risques pour la santé divergente puisqu’avec l’approche indirecte, les doses quotidiennes estimées de méthylmercure dépassent les normes de Santé Canada pour 21 des 23 volontaires, alors qu’avec l’approche directe, seulement 2 des 23 volontaires sont susceptibles de dépasser les normes. Ces différences pourraient être dues, entre autres, à des biais de mémoire et de désirabilité lors de la complétion des questionnaires. En outre, l’étude de la distribution du sélénium dans différentes matrices biologiques suite à une exposition non alimentaire (shampoing à forte teneur en sélénium) visait, d’une part, à étudier la cinétique du sélénium provenant de cette source d’exposition et, d’autre part, à évaluer la contribution de cette source à la charge corporelle totale. Un suivi des concentrations biologiques (sang, urine, cheveux et ongles) pendant une période de 18 mois chez des volontaires exposés à une source non alimentaire de sélénium a contribué à mieux expliciter les mécanismes de transfert du sélénium du site d’absorption vers le sang (concomitance des voies régulées et non régulées). Ceci a permis de montrer que, contrairement au méthylmercure, l’utilisation des cheveux comme biomarqueur peut mener à une surestimation importante de la charge corporelle réelle en sélénium en cas de non contrôle de facteurs confondants tels que l’utilisation de shampoing contenant du sélénium. Finalement, une analyse exhaustive des données de surveillance biologique du sélénium issues de 75 études publiées dans la littérature a permis de mieux comprendre la cinétique globale du sélénium dans l’organisme humain. En particulier, elle a permis le développement d’un outil reliant les apports quotidiens et les concentrations biologiques de sélénium dans les différentes matrices à l’aide d’algorithmes mathématiques. Conséquemment, à l’aide de ces données cinétiques exprimées par un système d’équations logarithmiques et de leur représentation graphique, il est possible d’estimer les apports quotidiens chez un individu à partir de divers prélèvements biologiques, et ainsi, de faciliter la comparaison d’études de surveillance biologique du sélénium utilisant des biomarqueurs différents. L’ensemble de ces résultats de recherche montre que la méthode choisie pour évaluer l’exposition a un impact important sur les estimations des risques associés. De plus, les recherches menées ont permis de mettre en évidence que le sélénium non alimentaire ne contribue pas de façon significative à la charge corporelle totale, mais constitue un facteur de confusion pour l’estimation de la charge corporelle réelle en sélénium. Finalement, la détermination des équations et des coefficients reliant les concentrations de sélénium entre différentes matrices biologiques, à l’aide d’une vaste base de données cinétiques, concourt à mieux interpréter les résultats de surveillance biologique.

Étude descriptive de la consommation et de la contamination bactérienne de gibier en zone urbaine au Gabon

Une exposition aux viandes comporte un risque pour la santé, et les maladies transmises par ces viandes causent un fardeau important mondialement. En Afrique centrale, le gibier est une viande communément consommée en zone urbaine. L’absence d’information sur le niveau de consommation de gibier, ainsi que sur sa contamination, limite l’évaluation des risques sanitaires associés au gibier. Une étude transversale a visé la description du niveau de consommation des viandes parmi 205 ménages de Port-Gentil (Gabon), ainsi que certains déterminants de la consommation de ces viandes. Une seconde étude transversale a quantifié la contamination musculaire de gibier vendu à Port-Gentil par Salmonella, Campylobacter et Shigella. Sur une base de trois jours, 86% des ménages ont consommé de la volaille, 84% du poisson, 44% du bœuf, 25% du porc et 24% du gibier. La consommation de gibier fut plus fréquente le dimanche et parmi les ménages à revenu élevé. Le gibier fut principalement acquis en carcasse entière sans conservation particulière, mais toujours consommé bouilli. Des trois bactéries ciblées, seule Salmonella a été isolée parmi un de 128 échantillons de gibier. Ces études fournissent des informations utiles pour mieux comprendre les facteurs de risque pour la santé associés à la consommation de viandes au Gabon. Des études sur la contamination des viandes, notamment celles des carcasses de gibier, seront nécessaires pour mieux apprécier les risques spécifiques à chaque différente bactérie pathogène.

A Numerical Solution Using an Adaptively Preconditioned Lanczos Method for a Class of Linear Systems Related with the Fractional Poisson Equation

This study considers the solution of a class of linear systems related with the fractional Poisson equation (FPE) (−∇2)α/2φ=g(x,y) with nonhomogeneous boundary conditions on a bounded domain. A numerical approximation to FPE is derived using a matrix representation of the Laplacian to generate a linear system of equations with its matrix A raised to the fractional power α/2. The solution of the linear system then requires the action of the matrix function f(A)=A−α/2 on a vector b. For large, sparse, and symmetric positive definite matrices, the Lanczos approximation generates f(A)b≈β0Vmf(Tm)e1. This method works well when both the analytic grade of A with respect to b and the residual for the linear system are sufficiently small. Memory constraints often require restarting the Lanczos decomposition; however this is not straightforward in the context of matrix function approximation. In this paper, we use the idea of thick-restart and adaptive preconditioning for solving linear systems to improve convergence of the Lanczos approximation. We give an error bound for the new method and illustrate its role in solving FPE. Numerical results are provided to gauge the performance of the proposed method relative to exact analytic solutions.

Poisson, Poisson-gamma and zero-inflated regression models of motor vehicle crashes: balancing statistical fit and theory

There has been considerable research conducted over the last 20 years focused on predicting motor vehicle crashes on transportation facilities. The range of statistical models commonly applied includes binomial, Poisson, Poisson-gamma (or negative binomial), zero-inflated Poisson and negative binomial models (ZIP and ZINB), and multinomial probability models. Given the range of possible modeling approaches and the host of assumptions with each modeling approach, making an intelligent choice for modeling motor vehicle crash data is difficult. There is little discussion in the literature comparing different statistical modeling approaches, identifying which statistical models are most appropriate for modeling crash data, and providing a strong justification from basic crash principles. In the recent literature, it has been suggested that the motor vehicle crash process can successfully be modeled by assuming a dual-state data-generating process, which implies that entities (e.g., intersections, road segments, pedestrian crossings, etc.) exist in one of two states—perfectly safe and unsafe. As a result, the ZIP and ZINB are two models that have been applied to account for the preponderance of “excess” zeros frequently observed in crash count data. The objective of this study is to provide defensible guidance on how to appropriate model crash data. We first examine the motor vehicle crash process using theoretical principles and a basic understanding of the crash process. It is shown that the fundamental crash process follows a Bernoulli trial with unequal probability of independent events, also known as Poisson trials. We examine the evolution of statistical models as they apply to the motor vehicle crash process, and indicate how well they statistically approximate the crash process. We also present the theory behind dual-state process count models, and note why they have become popular for modeling crash data. A simulation experiment is then conducted to demonstrate how crash data give rise to “excess” zeros frequently observed in crash data. It is shown that the Poisson and other mixed probabilistic structures are approximations assumed for modeling the motor vehicle crash process. Furthermore, it is demonstrated that under certain (fairly common) circumstances excess zeros are observed—and that these circumstances arise from low exposure and/or inappropriate selection of time/space scales and not an underlying dual state process. In conclusion, carefully selecting the time/space scales for analysis, including an improved set of explanatory variables and/or unobserved heterogeneity effects in count regression models, or applying small-area statistical methods (observations with low exposure) represent the most defensible modeling approaches for datasets with a preponderance of zeros

Robust designs for Poisson regression models

We consider the problem of how to construct robust designs for Poisson regression models. An analytical expression is derived for robust designs for first-order Poisson regression models where uncertainty exists in the prior parameter estimates. Given certain constraints in the methodology, it may be necessary to extend the robust designs for implementation in practical experiments. With these extensions, our methodology constructs designs which perform similarly, in terms of estimation, to current techniques, and offers the solution in a more timely manner. We further apply this analytic result to cases where uncertainty exists in the linear predictor. The application of this methodology to practical design problems such as screening experiments is explored. Given the minimal prior knowledge that is usually available when conducting such experiments, it is recommended to derive designs robust across a variety of systems. However, incorporating such uncertainty into the design process can be a computationally intense exercise. Hence, our analytic approach is explored as an alternative.

Robust designs for Poisson regression models

We consider the problem of how to construct robust designs for Poisson regression models. An analytical expression is derived for robust designs for first-order Poisson regression models where uncertainty exists in the prior parameter estimates. Given certain constraints in the methodology, it may be necessary to extend the robust designs for implementation in practical experiments. With these extensions, our methodology constructs designs which perform similarly, in terms of estimation, to current techniques, and offers the solution in a more timely manner. We further apply this analytic result to cases where uncertainty exists in the linear predictor. The application of this methodology to practical design problems such as screening experiments is explored. Given the minimal prior knowledge that is usually available when conducting such experiments, it is recommended to derive designs robust across a variety of systems. However, incorporating such uncertainty into the design process can be a computationally intense exercise. Hence, our analytic approach is explored as an alternative.

Efficient solution of two-sided nonlinear space-fractional diffusion equations using fast Poisson preconditioners

We develop a fast Poisson preconditioner for the efficient numerical solution of a class of two-sided nonlinear space fractional diffusion equations in one and two dimensions using the method of lines. Using the shifted Gr¨unwald finite difference formulas to approximate the two-sided(i.e. the left and right Riemann-Liouville) fractional derivatives, the resulting semi-discrete nonlinear systems have dense Jacobian matrices owing to the non-local property of fractional derivatives. We employ a modern initial value problem solver utilising backward differentiation formulas and Jacobian-free Newton-Krylov methods to solve these systems. For efficient performance of the Jacobianfree Newton-Krylov method it is essential to apply an effective preconditioner to accelerate the convergence of the linear iterative solver. The key contribution of our work is to generalise the fast Poisson preconditioner, widely used for integer-order diffusion equations, so that it applies to the two-sided space fractional diffusion equation. A number of numerical experiments are presented to demonstrate the effectiveness of the preconditioner and the overall solution strategy.