Pour comprendre les mécanismes du transport de la chaleur à l'échelle du nanomètre, nous avons fabriqué des dispositifs suspendus nanostructurés complexes et mesuré leur conductance thermique aux températures cryogéniques, notamment via la méthode 3 oméga. Nous avons pu ainsi démontrer la dépendance du transport des phonons aux dimensions et à la géométrie des nanostructures. Pour des nanofils de silicium d'une longueur comprise entre 8 et 10 µm, et d'une section de 200x100 nm^2, nous observons une déviation au régime diffusif de Casimir sous 5K, que nous pouvons expliquer en tenant compte de la rugosité en surface des nanofils. Quand la température décroit, la longueur d'onde des phonons augmente et des collisions balistiques en surface surviennent, impliquant une augmentation du libre parcours moyen des phonons, considéré comme constant jusque là. D'importants effets mésoscopiques sur le transport des phonons induits par la géométrie des nanofils ont pu être mesurés pour la première fois. La présence de zig-zag sur la longueur des fils bloquent le courant de phonons sur une large gamme de température, ayant pour conséquence une importante réduction de l'ordre de 40% de la conductance thermique en comparaison avec des nanofils droits. En parallèle, des expériences ont été menées sur des NEMS de silicium à basse température, et comparées avec des résultats antérieurs sur des MEMS de même géométrie. Le comportement mécanique des structures de silicium aux petites échelles est également abordé. A la fin de ce manuscrit, sont présentés les premiers prototypes de nano-calorimètres zepto-Joules (10^-21 J), qui vont permettre des caractérisations thermiques extrêmes d'objets uniques mésoscopiques.

Les propriétés électro-thermo-mécaniques remarquables qui peuvent apparaître dans les nanofils de silicium font l'objet d'un nombre croissant de travaux de recherche. Ces travaux de thèse de nature fortement expérimentale, visent à donner une meilleure connaissance de ces propriétés dans le cas de nanofils, en silicium monocristallin, fabriqués par approche descendante. Pour caractériser la piézorésistivité, deux méthodes de chargement mécaniques ont été développées : la flexion 4 points de puce et la traction/compression in situ avec un actionneur MEMS. La méthode 3ω a été choisie pour des mesures de conductivité thermiques. Ces propriétés ont été étudiées en fonction de la température et la contrainte dans une station sous pointes cryogénique.Les résultats montrent que les nanofils fabriqués à partir de substrats SOI amincis peuvent, de manière inattendue, être fortement contraints en compression après fabrication. Les nanofils de type p présentent, même en régime de mesure dynamique, des coefficients piézorésistifs élevés qui décroissent fortement avec la température et permettent une détection intégrée de mouvement de MEMS avec une limite de détection inférieure à l'Angström. Les mesures thermiques confirment l'effet d'échelle attendu de la conductivité thermique, la décroissance avec la température est compatible avec les résultats théoriques et expérimentaux précédemment publiés.

Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce projet de recherche avait deux objectifs principaux. Le premier était de vérifier la relation existant entre les niveaux d'acides gras oméga-3 (n-3) présents dans les phospholipides (PL) du plasma, l'obésité et les facteurs de risque de maladies cardiovasculaires. Ensuite, le second objectif de recherche était de vérifier si les apports alimentaires en différents acides gras n-3 estimés à l'aide d'un questionnaire de fréquence alimentaire (FFQ) corrélaient avec les niveaux de ces mêmes acides gras dans les PL du plasma. Pour cette étude, 200 sujets obèses (indice de masse corporelle (IMC) >-30kg/m ) et non-obèses en bonne santé et âgés entre 18 et 55 ans ont été recrutés. Dans un premier temps, les niveaux des acides gras n-3 présents dans les PL du plasma ont été mis en relation avec divers facteurs de risque de maladies cardiovasculaires. L'acide alphalinolénique (ALA) a montré des résultats contradictoires pour les facteurs de risque étudiés. Aucune association significative n'a été obtenue entre l'acide éicosapentaénoïque (EPA) et les facteurs de risque étudiés. L'acide docosapentaénoïque (DPA) était associé à un profil métabolique plus détérioré tandis que l'acide docosahexaénoïque (DHA) était associé à un meilleur profil métabolique. Dans un deuxième temps, les apports alimentaires en différents n-3 ont été comparés aux niveaux d'acides gras correspondants des PL plasmatiques. Des corrélations significatives entre le questionnaire de fréquence et le biomarqueur ont été observées pour l'EPA, le DPA, le DHA et le total des n-3 chez les femmes tandis que, chez les hommes, des corrélations significatives n'ont été obtenues que pour le DHA et le total des n-3. Les résultats de cette étude montrent donc, d'une part, que le statut en n-3 a un impact sur certains facteurs de risque de maladies cardiovasculaires et, d'autre part, que le FFQ permet d'obtenir un bon portrait du statut en n-3 surtout chez les femmes.

La fibrillation auriculaire représente la forme la plus commune d'arythmie cardiaque. Il a été démontré que les acides gras oméga 3 possèdent un effet protecteur au niveau des arythmies ventriculaires. Toutefois, très peu d'études, et pour la plupart très récentes, se sont attardées aux effets de ces acides gras sur les arythmies supraventriculaires. Un premier projet a donc porté sur l'étude des effets des acides gras oméga 3 quant à l'induction de la fibrillation auriculaire chez le chien, en plus d'analyser les niveaux d'expression de protéines formant les jonctions gap. Le diabète constitue un facteur prédisposant pour la fibrillation auriculaire. Dans un second projet, certains paramètres cliniques et des prélèvements d'oreillettes humaines ont été étudiés afin de vérifier si des différences électrophysiologiques étaient présentes entre des patients diabétiques de type 2 et des patients non diabétiques. Les potentiels d'action et les niveaux d'expression de certaines protéines ont été analysés.

Le chémoréflexe laryngé (CRL), un ensemble de réponses physiologiques servant à protéger les voies respiratoires inférieures, est provoqué par la présence de liquide, consiste en une toux accompagnée de déglutition, de la fermeture du larynx, de l’éveil et de l’augmentation de la pression artérielle systémique. Chez un nouveau-né prématuré ou un raton, le CRL est immature et la stimulation de celui-ci provoque une apnée accompagnée de désaturation en O2, de bradycardie, d’un laryngospasme et d’une redistribution du débit sanguin aux organes vitaux. L’apnée du prématuré, le malaise grave du nourrisson et le syndrome de la mort subite du nourrisson sont des exemples de pathologies qui sont très probablement reliées à des évènements cardiorespiratoires observés chez les nouveau-nés prématurés. Le syndrome de la mort subite du nourrisson atteint principalement les garçons et un CRL immature est fortement soupçonné d’y être impliqué dans certains cas. La séparation maternelle néonatale (SMN) est connue pour provoquer un retard de développement du circuit neuronal contrôlant la respiration, mais quel est son effet sur le développement du CRL? Des études montrent que les n-3 PUFA favoriseraient le développement du poumon et du système nerveux central, mais est-ce que ceux-ci ont un effet au niveau du développement de la respiration au sens plus large? L’hypothèse de cette thèse est que l’environnement est capable d’avoir un impact sur le chémoréflexe laryngé chez le jeune raton. La SMN consiste en la séparation des ratons de leur mère et du reste de la portée dans un incubateur à température (35 °C) et humidité (45 %) contrôlés 3 h par jour du 3e jour de vie au 12e. Les expériences ont eu lieu au 14e et 15e jour. La SMN augmente les effets délétères de la stimulation du CRL, surtout chez les mâles. Nous avons réalisé 3 stimulations du CRL (injections de 10µL d’eau à proximité du larynx) séparées par 5 minutes de récupération. L’inhibition cardio-respiratoire due au CRL augmentait avec le nombre de stimulations. Nous avons étudié les courants des neurones des régions impliquées dans le CRL : le noyau du tractus solitaire (NTS, qui est le centre d’intégration des données provenant entre autres du larynx) et le noyau moteur dorsal du nerf vague (DMNV, impliqué dans la bradycardie). Au niveau du DMNV, nous avons observé une augmentation de la fréquence et de l’amplitude des courants postsynaptiques excitateurs (EPSCs) chez les animaux stressés. La tétrodotoxine (TTX) a un effet plus important chez les animaux stressés vs contrôles. Cela nous permet de déduire qu’au niveau du DMNV les afférences arrivant sur ces neurones sont plus nombreuses chez les animaux stressés vs contrôles. Une explication serait que l’élagage synaptique réalisé par la microglie est perturbé par la SMN. L’analyse de la microglie au niveau du NTS et du DMNV montre que le stress modifie le phénotype de la microglie, ce qui perturberait la fonction d’élagage synaptique. Mais l’étude ne démontre pas d’effet du stress au niveau de la communication neurones-microglie. Le stress provoqué par la SMN a des effets délétères sur le CRL, surtout chez les mâles, en provoquant une augmentation de l’inhibition cardio-respiratoire due au CRL. Cet effet serait dû à un défaut de l’élagage synaptique dans les régions impliquées dans le CRL, notamment au niveau des neurones responsables de la bradycardie. Le système respiratoire étant immature chez le nouveau-né prématuré, nous avons testé l’hypothèse que la supplémentation maternelle en acide gras polyinsaturé n-3 (AGPI n-3) pouvait accélérer la maturation de celui-ci. Les expériences ont eu lieu aux 10e et 11e jours de vie chez les ratons. La supplémentation maternelle en AGPI n-3 réduit l’apnée due au CRL et favorise le développement de la réponse ventilatoire à l’hypoxie et des poumons. Cependant, le traitement augmente le nombre d’instabilités respiratoires et provoque un retard de développement de la microglie dont l’impact est inconnu. Les AGPI n-3 seraient un bon traitement pour favoriser le développement du système nerveux contrôlant la respiration; cependant, il faudrait approfondir l’étude afin de s’assurer que certains effets des AGPI n-3 n’aient pas de conséquences indésirables. Le stress favorise les effets délétères dus à la stimulation du CRL chez le raton en augmentant le signal arrivant sur les neurones impliqués dans la réponse cardio-respiratoire au CRL, ce qui pourrait s’expliquer par un défaut d’élagage synaptique. Si l’on doit favoriser le développement du système respiratoire chez l’animal immature, les AGPI n-3 seraient une bonne option. / Laryngeal chemoreflex (LCR) is a set of physiological responses to protect lower airways from liquids and include coughing and swallowing, larynx closure, arousal, and systemic arterial pressure increase. In preterm infants or young rats, LCR is immature and elicits apnea, O2 desaturation, bradycardia, laryngospasm and redistribution of blood flow to vital organs. Apnea of prematurity, apparent life threatening events and sudden infant death syndrome (SIDS) are examples of pathology strongly suspected to be linked to cardiorespiratory events observed in preterm infants. SIDS is more prevalent in males and immature LCR is suspected to be involved in a few SIDS cases. Neonatal maternal separation (NMS) is known to delay development of control of breathing neuronal networks but what is its effect on LCR development? Studies have shown that n-3 PUFA promote lung and central nervous system development but could they have an effect on respiratory development? The thesis hypothesis is that environment could influence LCR in rat pups. NMS consists in the separation of pups from their mother and the rest of the litter in an incubator at a controlled temperature (35°C) and humidity (45%), 3h per day from post-natal day 3 (P3) to P12. Experiments were performed at P14-15. SMN increases deleterious effect of LCR stimulation especially in males. We have performed 3 LCR stimulations (with 10µl of water injected close to the larynx) separated by 5 minutes of recovery for each. We have observed that LCR cardiorespiratory inhibition increased with the number of stimulations. We have studied excitatory currents in neurons in regions involved in LCR: nucleus tractus solitarius (NTS, integration center of information coming from the larynx) and dorsal motor nucleus of the vagus nerve (DMNV, involved in bradycardia). In the DMNV we have seen an increase in excitatory post-synaptic currents (EPSCs) frequency and amplitude in stressed animals. Tetrodotoxin (TTX) has a more important effect on stressed animals vs controls. These findings allow us to hypothesize that afferents arriving on neurons in the DMNV are more numerous in stressed animals than in controls. One explanation of these results could be that synaptic pruning made by microglia is disrupted by NMS. Microglial analysis in the NTS and DMNV shows that NMS changes microglia phenotype which could disrupt synaptic pruning. However, this study did not demonstrate any disturbance from stress in neurons/microglia communication. Stress issuing from NMS delays LCR development, especially in males, by causing an increase in cardio-respiratory inhibition following LCR stimulation. This effect would be due to a synaptic pruning abnormality in neuronal regions involved in LCR, especially those involved in bradycardia. The respiratory system is immature in preterm infants. To accelerate maturation of this system, we have tested the effect of n-3 PUFA maternal supplementation. Experiments were performed in P10-11 rat pups. Maternal supplementation of n-3 PUFA reduced apnea duration caused by LCR stimulation, promoted hypoxic ventilatory response development and lungs development. However, the treatment increases the number of respiratory instabilities and induces a delay of microglial development whose impacts we do not know. N-3 PUFA maternal supplementation could be an interesting treatment to promote control of breathing development. That said, we should further the study to be sure that the unexpected effects of this treatment have no undesirable consequences. Stress increases the deleterious effects of LCR stimulation in rat pups by increasing the signal arriving on neurons involved in LCR cardiorespiratory response. This phenomenon could be explained by a disruption of synaptic pruning. If we look at a treatment to enhance respiratory system development in immature animals, n-3 PUFA is an option which should be considered.

L'endocannabinoïdome constitue un système biologique de large spectre, un acteur important dans le maintien des fonctions homéostatiques qui sont régulés par la diète et l'activité physique. Le microbiote intestinal réfère à la flore bactérienne résidant dans le tubegastro-intestinal, se modulant au gré des changements alimentaires et des stress physiques. La dynamique entre le microbiote intestinal - ou plus largement, le microbiome intestinal - et l'endocannabinoïdome prodigue des avenues intéressantes quant à la promotion d’un mode de vie sain et actif ainsi qu'à l'optimisation de la performance. Dans le cadre de l'étude pilote "Diet influences immediate endocannabinoidome mediators response to exercise in active women" réalisée auprès de dix femmes de 19-32 ans très actives, la réponse directe de certains membres de l'endocannabinoïdome à la suite d'un effort maximal de course corrobore les données répertoriées à cet effet. En contexte de sept jours d'alimentation méditérranéenne contrôlée, ces mêmes métabolites périphériques ont augmenté plus fortement qu'avec la diète occidentale. L'effet de l’intervention nutritionnelle a été mineur sur les familles microbiennes des participantes de cette cohorte. Dans le cadre de l'étude pilote "Diet influences immediate endocannabinoidome mediatorsresponse to exercise in active women" réalisée auprès de dix femmes de 19-32 ans très actives, la réponse directe de certains membres de l'endocannabinoïdome à la suite d'un effort maximal de course corrobore les données répertoriées à cet effet. En contexte de sept jours d'alimentation méditérrannéenne contrôlée, ces mêmes métabolites périphériques ont augmenté plus fortement qu'avec la diète occidentale. L'effet de l’intervention nutritionnelle a été mineur sur les familles microbiennes des participantes de cette cohorte. L'effet de l'activité physique sur l'endocannabinoïdome et le microbiome intestinal transparaît dans le cerveau. La revue de la littérature "Neurobiological processes induced byaerobic exercise through the endocannabinoidome" vise justement l'approfondissement des mécanismes endocannabinoïdes inhérents à la cognition, l'humeur, la neuroinflammation et la douleur en relation avec l'exercice physique. L'exacerbation ou le contrôle de conditions neuropsychologiques à travers les processus de l'endocannabinoïdome et autres médiateurs neuroactifs adjacents est aussi abordé. Ces manuscrits s'inscrivent dans une lignée limitée d'études adressant la synergie de l'endocannabinoïdome et du microbiome intestinal dans la santé métabolique et mentale et par extension, dans la performance. Ce mémoire rassemble les études à ce sujet en plus de suggérer des moyens d'ajuster plus judicieusement l'activité physique et la diète en respect de l'axe microbiome intestinal-endocannabinoïdome. / The endocannabinoidome is a broad-spectrum biological system, an important actor in the maintenance of homeostatic functions that are regulated by diet and physical activity. The gut microbiota refers to the bacterial flora residing in the gastrointestinal tract, modulated with dietary changes and physical stress. The dynamics between the gut microbiota - or more broadly, the gut microbiome - and the endocannabinoidome offer interesting paths in the promotion of a healthy and active lifestyle as well as in the optimization of performance. As part of the pilot study "Diet influences the immediate response of endocannabinoid mediators to exercise in active women" carried out with ten very active women of 19-32 years of age, the direct response of some members of the endocannabinoidome as a result of maximum course effort corroborates prior data in the domain. In the context of a seven-day controlled Mediterranean diet, these same metabolites increased more strongly than with the Western diet. The effect of the nutritional intervention was minor on the microbial families of the participants of this cohort. The effect of physical activity on the endocannabinoidome and the gut microbiome is reflected in the brain. The literature review "Neurobiological processes induced by aerobic exercise through endocannabinoidome" aimed to deepen the endocannabinoid mechanisms inherent in cognition, mood, neuroinflammation and pain relatively to physical exercise. The exacerbation or control of neuropsychological conditions through the processes of endocannabinoidome and other adjacent neuroactive mediators was also discussed. These manuscripts are part of a limited line of studies addressing the synergy of the endocannabinoidome and gut microbiome in metabolic and mental health and by extension, in performance. This thesis brings together studies on this subject in addition to suggesting more ways to judiciously adjust physical activity and diet while respecting the gut microbiome-endocannabinoidome axis.

Les acides gras polyinsaturés oméga-3 (AGPI n-3) sont réputés pour leurs nombreux bénéfices sur la santé, dont celui d’abaisser les risques de maladies cardiovasculaires. Cependant, lors de traitements thermiques, comme la friture, ils se dégradent, entre autre en gras trans et en monomères cycliques d’acides gras (MCAG), produits dont la nocivité est connue ou questionnée. Ces dégradations thermiques surviennent à des températures utilisées autant par l’industrie alimentaire pour la désodorisation des huiles riches en AGPI et pour la friture, que par le consommateur pour frire ses aliments, soit à environ 180°C (350°F). La cinétique qui contrôle la cyclisation des acides gras en MCAG est peu connue. Ainsi, nous avons étudié la cinétique de formation des MCAG à partir d’un AGPI n-3 susceptible d’être présent dans certaines huiles de friture, à savoir l’acide alpha-linolénique (AAL), et de ses isomères géométriques. Bien que le mécanisme de formation des MCAG demeure hypothétique, nous croyons que les AGPI empruntent la voie d’un réarrangement intramoléculaire de cycloaddition suivie d’une migration protonique [1,6] pour former les MCAG. Dans le but de vérifier cette hypothèse, nous avons contribué à la synthèse d’un AGPI n-3, soit un isomère géométrique de l’AAL, marqué par deux atomes de deutérium en un endroit directement impliqué dans ce réarrangement intramoléculaire. Enfin, compte tenu de la nocivité potentielle des MCAG et pour mettre en lumière certains aspects de leur métabolisme, nous avons synthétisé un isomère de MCAG marqué et réalisé sa métabolomique chez le rat. Nous avons opté pour une approche multi plateforme GC-MS et LC-MS, soit une approche ciblée d’analyse des lipides d’une part et une approche globale d’autre part (détermination de profils métaboliques, puis identification structurale des métabolites d‘intérêt). L’approche multi-disciplinaire de nos travaux nous a permis d’approfondir les connaissances dans la cinétique de formation des MCAG, d’avancer et d’optimiser la synthèse d’un AGPI marqué dans le but de vérifier le mécanisme de formation des MCAG à partir des AGPI. Enfin, ces travaux ont mis en lumière plusieurs aspects quant à leur métabolisme jusqu’ici hypothétiques et d’identifier certains métabolites.

De nombreuses études épidémiologiques, cliniques et expérimentales ont montré que les acides gras polyinsaturés oméga-3 (AGPI n-3) d'origine marine, en particulier l'EPA (acide eicosapentaenoïque, C20:5n-3) et le DHA (acide docosahexaénoïque, C22:6n-3), pouvaient avoir des effets bénéfiques sur la santé cardiovasculaire. Les populations maritimes ont généralement des concentrations sanguines d'AGPI n-3 plus élevées que les autres populations, et la faible incidence de maladies ischémiques cardiaques observée dans plusieurs d'entre elles a été attribuée à leur diète riche en produits marins. Toutefois, des changements majeurs de leur alimentation et modes de vie pourraient remettre en question les effets cardioprotecteurs de ces acides gras. L'objectif de la présente thèse était donc de déterminer le statut en acides gras de trois populations grandes consommatrices de poisson en situation de transition nutritionnelle et d'y évaluer les effets des AGPI n-3 sur les facteurs de risque de maladies cardiovasculaires (MCV). L'analyse des profils sanguins d'acides gras réalisée auprès de 188 adultes et 117 adolescents polynésiens a permis de montrer des tendances générationnelles et géographiques se traduisant chez les plus jeunes par un ratio n-6:n-3 significativement plus élevé, lequel est un déterminant majeur du risque cardiovasculaire. Une étude similaire réalisée en 2004 parmi 861 Inuit adultes du Nunavik a montré des profils sanguins d'AGPI n-3 significativement détériorés (-25 %) comparativement à 1992 au profit des AGPI n-6 (+9 %), et révélait que la transition alimentaire semblait plus avancée chez les plus jeunes. Une analyse réalisée dans cette même population auprès de 740 adultes montrait que des concentrations élevées d'AGPI n-3 avaient un effet bénéfique sur les lipides plasmatiques. Enfin, les résultats d'une étude de santé réalisée auprès de 613 adultes cris de la Baie James suggéraient que les concentrations élevées d'AGPI n-3 rencontrées chez les adultes les plus âgés pouvaient avoir une influence positive sur les facteurs de risque de MCV non-HDL. En conclusion, ces études suggèrent que, si des concentrations élevées d'AGPI n-3 semblent montrer un effet bénéfique sur plusieurs facteurs de risque de MCV, leur diminution suite à l'abandon progressif de l'alimentation traditionnelle pourrait réduire la protection cardiovasculaire dont ces populations semblent bénéficier.

La consommation d’acides gras polyinsaturés (AGPI) oméga-3 (n-3) d’origine marine diminue les niveaux de triglycérides (TG) plasmatiques et augmente les concentrations de cholestérol (C) des lipoprotéines de faible densité (LDL) ainsi que la taille des particules LDL. On observe une importante variabilité interindividuelle dans la réponse à la supplémentation, qui pourrait être expliquée par des facteurs génétiques. Les effets de polymorphismes (SNPs) de gènes impliqués dans les voies métaboliques de dégradation et de synthèse des TG ont été étudiés chez des sujets en santé, mais souffrant d’embonpoint, ayant reçu une supplémentation de 5 g par jour d’huile de poisson. Des interactions génotype*supplémentation ont été observées pour des SNPs des gènes GPAM, AGPAT4 et MGLL en relation avec les niveaux de lipides plasmatiques. Ces résultats suggèrent que ces SNPs modulent la réponse des lipides plasmatiques à une supplémentation en AGPI n-3 d’origine marine et pourraient expliquer une partie de variabilité interindividuelle observée. / Omega-3 (n-3) polyunsaturated fatty acids (PUFA) from marine sources are known to lower plasma triglyceride (TG) levels and increase low-density lipoprotein (LDL) cholesterol (C) as well as LDL particle size. However, a large inter-individual variability is observed, which could be explained by genetic factors. The effects of single nucleotide polymorphisms (SNPs) of genes within the TG synthesis or metabolism pathways have been studied in a cohort of healthy overweight adults receiving 5 g per day of marine n-3 PUFA. Genotype*supplementation interaction effects on plasma lipids were observed for SNPs in GPAM, AGPAT4 and MGLL genes. These results suggest that these SNPs modulate the plasma lipid response to a marine n-3 PUFA supplementation and could explain part of the inter-individual variability observed.