Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2002. / Bibliogr.: f. 65-74. Publié aussi en version électronique.

Thèse de doctorat : Médecine : Paris 12 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Pagination : 63 p. Bibliogr. : 92 réf.

La relation entre la mère et l'enfant a un impact sur le développement du système nerveux du nouveau-né. La séparation maternelle néonatale (SMN) est un modèle de stress, chez le rat, perturbant cette relation. Nous nous sommes intéressés aux conséquences à long terme de ce stress néonatal sur les mécanismes contrôlant la ventilation lors d'un excès sanguin de CO2 (hypercapnie). Une altération de ce réflexe ventilatoire est une des causes de plusieurs troubles respiratoires tels que les apnées du sommeil. Il a été observé, dans notre laboratoire, que la SMN altère la réponse ventilatoire à l'hypercapnie (RVHC) de façon différente selon le sexe de l'animal. Cette thèse a pour but de trouver les mécanismes, affectés par la SMN, responsables des altérations de la RVHC. Nous nous sommes premièrement intéressés à la contribution des chémorécepteurs et barorécepteurs carotidiens chez les mâles. Cette étude a révélé une inhibition de la contribution des chémorécepteurs carotidiens à la ventilation et une augmentation du baroréflexe inhibant la ventilation. Par contre, il subsiste toujours une diminution de la sensibilité de la RVHC qui n'est pas attribuable aux corps carotidiens. Nous avons donc évalué la chémodétection centrale, mais elle ne semble pas responsable du phénotype. Par la suite, nous avons testé l'influence des récepteurs bronchopulmonaires d'étirement sur la ventilation. Nous avons observé une inhibition du réflexe d'Hering-Breuer chez les rats SMN qui pourrait expliquer l'altération de la RVHC dans certaines conditions. Finalement, chez les rates adultes, nous avons découvert que la SMN n'affecte pas la production d'hormones sexuelles et que l'augmentation de la RVHC est inhibée par l'anesthésie. Nous concluons que, chez les rats mâles, la SMN affecte la contribution des afférences périphériques probablement par une altération de l'intégration au niveau central et que, chez les femelles, l'augmentation de la RVHC, chez les rats éveillés, est probablement causée par l'effet anxiogène du CO2.

Lors de variations de PO2 et PCO2, différents mécanismes se mettent en place afin demaintenir l’oxygénation des tissus, notamment au niveau du métabolisme et de la ventilation. En casde stimulation hypoxique ou hypercapnique, on observe alors une réponse ventilatoire, caractériséepar une augmentation progressive de la ventilation. Parmi les facteurs qui influencent la réponse àl’hypoxie, on trouve l’érythropoïétine (Epo) qui, en plus de son rôle dans l’érythropoïèse, possèded’autres rôles, notamment au sein du système nerveux central. Cette thèse présente l’étude del’implication de l’Epo et de différents systèmes de neurotransmission dans les réponses ventilatoiresà l’hypoxie (RVH) et à l’hypercapnie (RVHc).Nous avons alors pu mettre en évidence l’implication du NO, du glutamate et de la sérotonine dansla RVH et dans l’acclimatation ventilatoire à une hypoxie prolongée (VAH) chez un modèle de sourisanémique déficient en Epo (Epo-TAgh) et un animal adapté à la vie en altitude, la plateau Pika. Nousavons ensuite étudié l’impact de la déficience en Epo sur la RVHc, et nous avons confirmé que l’Epon’était pas nécessaire à l’obtention de la RVHc, tout en mettant en évidence un rôle de l’Epo sur lepatron ventilatoire et sur l’implication de certaines structures du système nerveux central dans lamise en place de cette réponse. Une étude en parallèle sur les femelles a permis de mettre enévidence que le cycle oestral n’était pas impliqué dans les réponses ventilatoires mais qu’il semble yavoir une interaction entre l’Epo et les hormones sexuelles femelles dans la RVH et la RVHc. Enfin,différentes expériences réalisées lors de collaborations (Chili, Canada) ont permis d’étudier les effetsde l’Epo sur les chémorécepteurs centraux et périphériques dans la mise en place des réponsesventilatoires.In fine, ces différentes expériences ont permis de préciser les différents facteurs impliqués dans lamise en place des réponses ventilatoires à l’hypoxie et à l’hypercapnie, ce qui pourrait aider par lasuite à mieux comprendre les modifications respiratoires induites par des pathologiques liées àl’anémie ou l’exposition prolongée à l’altitude. / When PO2 and PCO2 are modified, various mechanisms are being established to maintaintissue oxygenation, such as ventilation and metabolism adaptations. In case of hypoxia orhypercapnia stimulation, we observed a ventilatory response, characterized by an increase in minuteventilation. Among the factors involved in the hypoxic response, Epo plays a key role. In addition toits role in erythropoiesis, Epo has other functions, especially in the central nervous system. Thisthesis presents the study of Epo involvement in the ventilatory responses to hypoxia (HVR) andhypercapnia (HcVR).We demonstrate the involvement of NO, glutamate and serotonin in the HVR and in acclimatizationto sustained hypoxia (VAH) in Epo deficient mice (Epo-TAgh) and in an animal adapted to highaltitude, the plateau Pika. Then we studied the impact of Epo-deficiency on HcVR and confirmed thatEpo is not mandatory to obtained HcVR but we demonstrate that Epo can modulate the ventilatorypattern and central nervous system structures involvement in this response. During this study, wealso demonstrate that in female mice, estrous cycle is not involved in HVR or HcVR but it seems thatthere is an interaction between Epo and female sexual hormones in these responses. Finally, someexperiments in collaboration with different countries (Chile, Canada) allowed us to study the effectsof Epo on peripheral and central chemoreceptors during HVR and HcVR.In fine, these experiments allows us to specify the factors involved in ventilatory responses tohypoxia and hypercapnia, which could be helpful to better understand respiratory pathologies suchas anemia or pathologies associated with high altitude.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2003. / Bibliogr.: f. 71-81. Publié aussi en version électronique.

En période néonatale, les problèmes d'ordre respiratoire et nutritif comptent parmi les plus fréquents et sont selon certaines études impliqués dans le syndrome de mort subite du nourrisson (SMSN). Ainsi, les déglutitions non-nutritives (DNN) se présentent comme une fonction fondamentale en période néonatale notamment pour la clairance des voies aériennes supérieures des sécrétions salivaires et des reflux laryngopharyngés. Il apparaît plus précisément que la coordination entre DNN et respiration est indispensable pour la prévention des aspirations pulmonaires et la prolongation des apnées. Le but de cette thèse de doctorat est de comprendre et d'analyser l'effet de certains stress respiratoires comme l’hypoxie (Hx 10% O[indice inférieur 2]), l’hypercapnie (Hc 5% C0[indice inférieur 2]) ou encore la fumée environnementale de cigarette (FEC) sur la fonction de déglutition en terme de fréquence des DNN et de coordination DNN-respiration en tenant compte des stades de conscience. MÉTHODE : Suite à la construction et à la validation d'un système de production et d'exposition à la FEC, un total de 36 agneaux nouveau-nés est instrumenté chroniquement pour l’enregistrement d'un électrocardiogramme, du mouvement des yeux, d'un électrocorticogramme, du flux nasal et de l'activité des muscles thyroaryténoïdiens (constricteurs de la glotte) par télémétrie. Des enregistrements polysomnographiques sont effectués chez les agneaux nouveau-nés sans sédation ni contention exposés en aigu à l'Hx ou l'Hc ou en chronique à la FEC. RÉSULTATS : L'analyse des données polysomnographiques obtenues chez les agneaux exposés révèle une augmentation de la fréquence des DNN (p=0,005) ainsi qu’une augmentation significative de la fréquence des DNN de type ie (commence en inspiration et se termine en expiration) dans tous les stades de conscience en Hc (p < 0,001). Paradoxalement, l’Hx n'a pas d'effet sur la déglutition. La FEC, quant à elle, perturbe légèrement la coordination DNN-respiration en sommeil calme (SC) en diminuant les DNN de type i (commence et se termine en inspiration). CONCLUSION : La coordination DNN-respiration semble être une fonction physiologique très robuste et difficilement perturbable dès la période néonatale en regard de son importance capitale dans la prévention des aspirations et de la prolongation des apnées. Cependant, certains stress comme l’Hc et dans une moindre mesure la FEC semblent être capable [i.e. capables] de perturber cette coordination. D'autres études seront nécessaire [i.e. nécessaires] pour caractériser la coordination DNN-respiration.

Sepsis has been defined as a systemic response to an infection. With an incidence of 3 per 1000 population per year or about 750 000 cases a year, this syndrome ranks as the 10th leading cause of death in the United States (1). Increasing severity of sepsis correlates with increasing mortality, which rises from 30-40% for severe sepsis up to 40-60% for septic shock. This thesis examines the effectiveness of adjunctive therapies, including activated protein C, hypercapnia and acidosis, and sodium selenite, in a clinically relevant ovine model of septic shock. The results from these studies can provide valuable information for future clinical trials on sepsis.<p>This thesis is divided into four sections: 1) sepsis overview; 2) an autologous fecal peritonitis model in sheep and its evaluation; 3) the series of studies on adjunctive therapeutics; and 4) ongoing studies and future perspective.<p>In the first section, a broad overview gives a rough introduction to delineate many aspects of sepsis syndrome such as terminology, etiology, epidemiology, pathophysiology and current guidelines for management. Hemodynamics in sepsis are especially elaborated since these are major observations throughout the studies presented later.<p>In the second section, the general characteristics of the sepsis models used in this thesis are elucidated. Data on hemodynamics, lung mechanics, gas exchange, etc. are presented to feature the ovine peritonitis model. The results of laboratory examinations for hematology, coagulation, bacteriology, biochemistry and hormonology are also presented. And then, I review currently used sepsis models with regards to their advantages and disadvantages.<p>The third section discusses three studies with their objectives, the methods used, the major findings, and the potential clinical implications.<p>9<p>1) Beneficial effects of recombinant human activated protein C in experimental septic shock. Activated protein C has a multitude of beneficial effects in severe sepsis and septic shock, including anti-inflammation, anti-coagulation, profibrinolysis, anti-apoptosis and endothelial protection. A clinical Phase III trial demonstrated that the administration of recombinant human activated protein C improved survival in patients with severe sepsis. However, doubts on the protective effects of activated protein C have persisted and been refueled by the recently published negative trials in less severely ill patients and in children. In the light of these ambiguities and uncertainties, we reinvestigated the effects of activated protein C in experimental septic shock.<p>2) Acute hypercapnia improves indices of tissue oxygenation more than dobutamine in septic shock. Hepercapnia has been found to possess beneficial effects in diverse acute inflammatory states independent of protective lung mechanics. To prove the hypothesis that acute hypercapnia has similar or superior hemodynamic effects to those of a dobutamine infusion, which may be particularly relevant in the presence of hemodynamic instability associated with respiratory failure, we investigated the effects of hypercapnia, which induced by inspiring extrinsic carbon dioxide in experimental septic shock.<p>3) High bolus dose of sodium selenite prolongs survival in an ovine model of septic shock. Selenite has both pro- and anti-oxidant effects. The administration of high dose sodium selenite may improve survival in septic shock patients. The benefit may be greater with the administration of a bolus (to achieve higher concentrations) rather than a continuous infusion. To test this hypothesis, we examined the effects of a high dose bolus administration of sodium selenite in experimental septic shock.<p>The fourth and final section talks about currently ongoing studies and offers some perspective on future direction. / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

L'érythropoïétine (EPO) est une cytokine ayant un rôle important dans l'homéostasie de l'oxygène (O2). Lors d'une hypoxie chronique, l'EPO stimule la maturation des progéniteurs érythroïdes en globules rouges augmentant ainsi le transport de l'O2 aux tissus. Outre cet effet érythropoïétique, l'EPO module la réponse ventilatoire à l'hypoxie (RVH) par une action directe sur la commande centrale respiratoire (CCR) et les chémorécepteurs périphériques. Cet effet a été principalement caractérisé chez des souris mutantes surexprimant l'EPO. Cependant, plusieurs aspects de l'effet de l'EPO sur l'activité du réseau respiratoire demeurent inconnus. Nos résultats montrent qu'une application aigüe d'EPO diminue la dépression centrale hypoxique mesurée in vitro chez le nouveau-né. En revanche, elle n'affecte pas la RVH mesurée in vivo au cours du développement postnatal mais diminue la fréquence des apnées survenant en hypoxie sévère à 6% d'O2. Aussi, chez la souris adulte, l'administration chronique d'EPO et de C-EPO augmente la sensibilité des chémorécepteurs périphériques à l'O2 et maintient la ventilation durant la phase tardive de la RVH. Enfin, l'EPO diminue la sensibilité ventilatoire à l'hypercapnie grâce à des effets périphériques et centraux. L'ensemble de nos résultats montrent que l'EPO module la respiration et contribue à l'homéostasie de l'O2 et du CO2 grâce à ses effets plasmatiques et centraux. Elle représente un candidat à fort potentiel thérapeutique pour les pathologies respiratoires où la sensibilité chimique à l'O2 et au CO2 sont altérés telles que l'apnée du nouveau-né ou le mal chronique des montagnes. / Erythropoietin (EPO) is a cytokine that plays a major role in O2 homeostasis. Upon chronic hypoxia, EPO stimulates the maturation of erythroid progenitors into red blood cells, contributing to increased O2 carrying to tissues. Besides this well-known erythropoietic effect, EPO also modulates the respiratory response to hypoxia by interacting with the central respiratory network in the brainstem and the peripheral chemoreceptors. This effect was mainly characterized in adult mutant mice that overexpress EPO. Several aspects regarding EPO's effect on breathing regulation remain unknown. Our results show that acute EPO treatment increases the O2 sensitivity of the central respiratory network in newborn mice in vitro. However, EPO does not impact the hypoxic ventilatory response to hypoxia in vivo, but decreases the apneic events during severe hypoxia in mice at postnatal day 7. In WT adults, chronic but not acute EPO and C-EPO treatment increases the O2 sensitivity by stimulating both peripheral chemoreceptor and central respiratory network. Finally, both cerebral and plasmatic EPO blunt the ventilatory response to increased CO2 levels in adult mice. Taken together, these results imply that EPO, by acting on the ventilatory system, plays a key role in the modulation of the chemical sensitivity to O2 and CO2.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / La séparation maternelle néonatale (SMN) est une forme de stress qui perturbe le développement de l'axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HHS) et induit des conséquences à long terme sur l'activité de ce dernier. L'activation de l'axe HHS est contrôlée par le noyau paraventriculaire de l'hypothalamus (PVH) qui est toniquement inhibé au repos. De plus, le PVH est un important modulateur de l'activité respiratoire. Ainsi, cette thèse avait pour objectif de déterminer si la séparation maternelle néonatale avait des effets persistants sur le système de contrôle respiratoire. Premièrement, des rats mâles et femelles SMN ont été exposés à l'hypoxie à l'âge adulte. La SMN a amplifié la réponse ventilatoire à l'hypoxie chez les mâles alors qu'elle a atténué la réponse chez les femelles, suggérant que la sensibilité aux variations d'02 est augmentée chez les mâles. De surcroît, la SMN a rendu les rats mâles hypertendus. Lors de l'étude du chémoréflexe à l'hypercapnie, les effets de la SMN se sont avérés une fois de plus spécifiques au sexe. La SMN a induit une atténuation de la réponse ventilatoire à l'hypercapnie chez les rats mâles alors que chez les femelles, la réponse a été augmentée, suggérant une sensibilité au CO2 accrue chez celles-ci. De plus, le marquage de PARNm de c-fos a révélé une activation des raphés magnus et pallidus, du groupe parapyramidal et du locus coeruleus chez les mâles SMN seulement. La SMN semble donc agir par des mécanismes différents du chémoréflexe à l'hypoxie bien que ses effets soient toujours spécifiques au sexe. La dernière étude a démontré que l'inhibition entourant le PVH était augmentée chez les rats mâles SMN. Les microinjections de GABA, muscimol et bicuculline avaient des effets plus importants sur la réponse ventilatoire à l'hypoxie des rats SMN. De plus, la SMN a augmenté le nombre de récepteurs GABAA au niveau du PVH. Bien que l'inhibition du PVH soit amplifiée chez les rats SMN, elle n'est pas suffisante pour maintenir une réponse ventilatoire à l'hypoxie normale, suggérant une augmentation des afférences excitatrices directes au PVH. Ces résultats indiquent qu'un stress non respiratoire en période néonatale perturbe de façon persistente une fonction aussi importante que la régulation de la respiration.

The BOLD contrast employed in functional MRI studies is an ambiguous signal composed of changes in blood flow, blood volume and oxidative metabolism. In situations where the vasculature and metabolism may have been affected, such as in aging and in certain diseases, the dissociation of the more physiologically-specific components from the BOLD signal becomes crucial. The latest generation of calibrated functional MRI methods allows the estimation of both resting blood flow and absolute oxygen metabolism. The work presented here is based on one such proof-of-concept approach, dubbed QUO2, whereby taking into account, within a generalized model, both arbitrary changes in blood flow and blood O2 content during a combination of hypercapnia and hyperoxia breathing manipulations, yields voxel-wise estimates of resting oxygen extraction fraction and oxidative metabolism. In the first part of this thesis, the QUO2 acquisition protocol and data analysis were revisited in order to enhance the temporal stability of individual blood flow and BOLD responses, consequently improving reliability of the model-derived estimates. Thereafter, an assessment of the within and between-subject variability of the optimized QUO2 measurements was performed on a group of healthy volunteers. In parallel, an analysis was performed of the sensitivity of the model to different sources of random and systematic errors, respectively due to errors in measurements and choice of assumed parameters values. Moreover, the various impacts of the oxygen concentration administered during the hyperoxia manipulation were evaluated through a simulation and experimentally, indicating that a mild hyperoxia was beneficial. Finally, the influence of Alzheimer’s disease in vascular and metabolic changes was explored for the first time by applying the QUO2 approach in a cohort of probable Alzheimer’s disease patients and age-matched control group. Voxel-wise and region-wise differences in resting blood flow, oxygen extraction fraction, oxidative metabolism, transverse relaxation rate constant R2* and R2* changes during hypercapnia were identified. A series of limitations along with recommended solutions was given with regards to the delayed transit time, the susceptibility artifacts and the challenge of performing a hypercapnia manipulation in cohorts of elderly and Alzheimer’s patients. / Le contraste BOLD employé dans les études d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) provient d’une combinaison ambigüe de changements du flux sanguin cérébral, du volume sanguin ainsi que du métabolisme oxydatif. Dans un contexte où les fonctions vasculaires ou métaboliques du cerveau ont pu être affectées, tel qu’avec l’âge ou certaines maladies, il est crucial d’effectuer une décomposition du signal BOLD en composantes physiologiquement plus spécifiques. La dernière génération de méthodes d’IRMf calibrée permet d’estimer à la fois le flux sanguin cérébral et le métabolisme oxydatif au repos. Le présent travail est basé sur une telle technique, appelée QUantitative O2 (QUO2), qui, via un model généralisé, prend en considération les changements du flux sanguin ainsi que ceux en concentrations sanguine d’O2 durant des périodes d’hypercapnie et d’hyperoxie, afin d’estimer, à chaque voxel, la fraction d’extraction d’oxygène et le métabolisme oxydatif au repos. Dans la première partie de cette thèse, le protocole d’acquisition ainsi que la stratégie d’analyse de l’approche QUO2 ont été revus afin d’améliorer la stabilité temporelle des réponses BOLD et du flux sanguin, conséquemment, afin d’accroître la fiabilité des paramètres estimés. Par la suite, une évaluation de la variabilité intra- et inter-sujet des différentes mesures QUO2 a été effectuée auprès d’un groupe de participants sains. En parallèle, une analyse de la sensibilité du model à différentes sources d’erreurs aléatoires (issues des mesures acquises) et systématiques (dues aux assomptions du model) a été réalisée. De plus, les impacts du niveau d’oxygène administré durant les périodes d’hyperoxie ont été évalués via une simulation puis expérimentalement, indiquant qu’une hyperoxie moyenne était bénéfique. Finalement, l’influence de la maladie d’Alzheimer sur les changements vasculaires et métaboliques a été explorée pour la première fois en appliquant le protocole QUO2 à une cohorte de patients Alzheimer et à un groupe témoin du même âge. Des différences en terme de flux sanguin, fraction d’oxygène extraite, métabolisme oxydatif, et taux de relaxation transverse R2* au repos comme en réponse à l’hypercapnie, ont été identifiées au niveau du voxel, ainsi qu’au niveau de régions cérébrales vulnérables à la maladie d’Alzheimer. Une liste de limitations accompagnées de recommandations a été dressée en ce qui a trait au temps de transit différé, aux artéfacts de susceptibilité magnétique, de même qu’au défi que représente l’hypercapnie chez les personnes âgées ou atteintes de la maladie d’Alzheimer.