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.

Le séquençage du génome d’un microorganisme est un jalon important dans l’étude de sa biologie. Quel que soit cet organisme, les outils bio-informatiques nécessaires pour comprendre son génome et le comparer aux autres génomes séquencés seront similaires. Dans cette thèse, l’ADN génomique de parasites et de virus est mis à profit afin de mieux comprendre ces microorganismes. Dans un premier temps, le parasite protozoaire Leishmania est étudié par transcriptomique et par génomique comparative afin de mieux comprendre son infectivité, sa résistance aux antiparasitaires et son mode de vie dimorphique. Ce parasite alterne entre le stade flagellé (promastigote) et le stade intracellulaire aflagellé (amastigote). Afin de faciliter l’analyse par biopuces du transcriptome de Leishmania, un système de gestion et d’analyse de données de biopuces a été conçu. Quatre études utilisant ce système sont présentées sommairement et leurs implications sont discutées. Deuxièmement, le génome de l’espèce Leishmania (sauroleishmania) tarentolae, qui n’est pas pathogène pour l’humain, a été séquencé et comparé à trois espèces infectant l’homme. Cette étude a montré que, même si peu de gènes différencient les espèces, L. tarentolae possède moins de gènes associés au stade amastigote que les autres espèces. Deux familles de gènes ont été trouvées en nombre de copies élevées chez L. tarentolae : GP63 et PSA31C. Ces résultats permettent une meilleure compréhension de la biologie de L. tarentolae et de la virulence des autres espèces de Leishmania. Dans un deuxième temps, les séquences des génomes de virus respiratoires disponibles dans les bases de données publiques ont été analysées pour créer un test diagnostique permettant la détection et l’identification de 25 types de virus respiratoires, dont la grippe A (H1N1) responsable de la pandémie de 2009 et la grippe aviaire A (H5N1). Le test a été validé avec des échantillons de laboratoire et avec des échantillons cliniques. Même si l’étude du parasite Leishmania était indépendante de celle des virus respiratoires, les approches utilisées pour ces deux projets étaient similaires. Ainsi, la bio-informatique est un outil essentiel en microbiologie, car elle est indispensable pour résoudre des problèmes de diverses natures chez des organismes différents. / Sequencing a genome is a milestone in the study of an organism. Bioinformatics allow both to better understand single organisms and to compare them to related species through comparative genomics. This thesis centers on the idea that genome sequence of parasites and viruses can be used in various ways to better understand these microorganisms. Transcriptomics and comparative genomics were used to study the protozoan parasite Leishmania in order to better understand its virulence, its resistance to antiparasitic drugs, and its dimorphic life-cycle, which includes a flagellated free form named promastigote and an aflagellate intracellular form named amastigote. In order to study gene expression in Leishmania, an integrated management and analysis system was created, along with protocols designed for Leishmania microarrays analysis. Four studies using this system are briefly described. In another study, the genome of Leishmania (sauroleishmania) tarentolae, a lizard parasite, was sequenced and compared to human pathogenic Leishmania species. This study showed little difference between the Leishmania species, although L. tarentolae seems to contain less genes associated to the amastigote life-cycle, including the amastin gene. Two gene families were highly expanded in L. tarentolae: the surface metalloprotease GP63 and the promastigote antigen protein PSA31C. These results provide a better understanding of L. tarentolae biology and give insights on the genes involved in virulence in pathogenic Leishmania species. The second part of this thesis concerns the creation of a molecular diagnostic assay for the detection and identification of 25 respiratory virus types, including the influenza A/H1N1 pandemic strain and the avian influenza A/H5N1 strain. This assay was created by analyzing genome sequences available from public repositories and it was afterwards tested on laboratory and clinical virus strains. Although Leishmania and respiratory viruses are distantly related, the approaches used in both projects were similar. Thus, bioinformatics is an essential and ubiquitous science that allows to solve problems in different areas (“omics”) of biology.

Objectif : Déterminer le rôle du sexe en réponse aux glucocorticoïdes anténataux (GCA) pour la prévention du syndrome de détresse respiratoire (SDR). Méthode : Une revue systématique et une méta-analyse des essais randomisés contrôlés ont été réalisées afin de comparer les risques relatifs entre les garçons et les filles pour le risque de SDR, et secondairement, les hémorragies intraventriculaires (HIV) et la mortalité néonatale. Les risques relatifs globaux ont été calculés à l'aide du modèle à effets aléatoire avec des intervalles de confiance à 95 %. Résultats : Huit études ont rencontré les critères d'inclusion et ont été analysées. Nous n'avons pas démontré de différence significative entre mâles et femelles pour la diminution du risque de RDS (mâles RR: 0.50 [0.33, 0.77], femelles RR: 0.57 [0.43, 0.75], p=0.99), de l'HIV ou de la mortalité néonatale. Conclusion : L'évidence provenant de la littérature ne nous a pas permis d'observer de différences sexuelles dans la réponse aux GCA en prévention du SDR.

Les pathologies respiratoires obstructives de l’enfant (asthme et broncho-alvéolites) sont l’une des principales causes d’admission en réanimation pédiatrique. Depuis plusieurs années, des progrès ont été faits pour réduire l’invasivité des soins se traduisant par une réduction de la morbidité. L’objectif de ce travail de thèse est de s’appuyer sur des mécanismes physiopathologiques pour proposer des stratégies d’optimisation ventilatoire et non ventilatoire chez ces enfants. Nous avons évalué l’impact du décubitus ventral couplé à la ventilation non invasive chez les nourrissons atteints de bronchiolite grave. Le décubitus ventral permet de réduire significativement l’effort inspiratoire et d’améliorer le couplage électromécanique du diaphragme. Ensuite nous avons évalué la « neurally adjusted ventilatory assist » (NAVA) qui est un mode ventilatoire proportionnel basé sur l’activité électrique du diaphragme. Nous avons démontré que la NAVA améliorait la synchronisation patient-respirateur et réduisait le travail respiratoire en comparaison à la « nasal continuous positive airway pressure » (nCPAP). Enfin, dans la pathologie asthmatique nous avons également décrit la faisabilité du haut débit nasal dans cette population. Ces stratégies nécessitent maintenant d’être validées sur des critères cliniques et feront l’objet de deux études multicentriques randomisées / Obstructive lung disease in children (asthma and bronchiolitis) are one of the main causes of admission to pediatric intensive care units. For several years, progress has been made to reduce the invasiveness of care resulting in a decrease in associated morbidity. The main objective of the thesis was to propose new ventilatory and non-ventilatory strategies based on physiopathology to optimize the care of such children.In children with severe bronchiolitis we evaluated the impact of prone position associated with non-invasive ventilation. The prone position decreases significantly the inspiratory work of breathing and improves the neuromechanical efficiency of the diaphragm. We also evaluated the effect of neurally adjusted ventilatory assist (NAVA) that is a proportional ventilatory mode based on the electrical activity of the diaphragm. We demonstrated that NAVA improved the patient-ventilator interactions and decrease the work of breathing in comparison with nasal continuous positive airway pressure (nCPAP). We also evaluated the feasibility of high flow nasal cannula as a respiratory support in children with severe asthma attack. These strategies need now to be validated on clinical outcomes and are the subject of two ongoing multicenter randomized trials

The original work presented in this thesis investigates some of the mechanisms that may be responsible for the aetiology of altitude-related cough. Particular attention is paid to its relationship to the long recognised, but poorly understood, changes in lung volumes that occur on ascent to altitude. The literature relevant to this thesis is reviewed in Chapter 1.<p><p>Widespread reports have long existed of a debilitating cough affecting visitors to high altitude that can incapacitate the sufferer and, on occasions, be severe enough to cause rib fractures (22, 34, 35). The prevalence of cough at altitude has been estimated to be between 22 and 42% at between 4200 and 4900 m in the Everest region of Nepal (10, 29). Traditionally the cough was attributed to the inspiration of the cold, dry air characteristic of the high altitude environment (37) but no attempts were made to confirm this aetiology. In the first formal study of cough at high altitude, nocturnal cough frequency was found to increase with increasing altitude during a trek to Everest Base Camp (5300 m) and massively so in 3 climbers on whom recordings were made up to 7000 m on Everest (8). After 9 days at 5300 m the citric acid cough threshold, a measure of the sensitivity of the cough reflex arc, was significantly reduced compared with both sea level and arrival at 5300 m.<p><p>During Operation Everest II, a simulated climb of Mount Everest in a hypobaric chamber, the majority of the subjects were troubled above 7000 m by pain and dryness in the throat and an irritating cough despite the chamber being maintained at a relative humidity of between 72 and 82% and a temperature of 23ºC (18). This argued against the widely held view that altitude-related cough was due to the inspiration of cold, dry air. <p><p>In the next major hypobaric chamber study, Operation Everest III, nocturnal cough frequency and citric acid cough threshold were measured on the 8 subjects in the study. The chamber temperature was maintained between 18 and 24ºC and relative humidity between 30 and 60% (24). This work is presented in Chapter 2 and, demonstrated an increase in nocturnal cough frequency with increasing altitude which immediately returned to control values on descent to sea level. Citric acid cough threshold was reduced at 8000 m compared to both sea level and 5000 m values. Changes in citric acid cough threshold at lower altitudes may not have been detected because of the constraints on subject numbers in the chamber. The study still however demonstrated an increase in clinical cough and a reduction in the citric acid cough threshold at extreme altitude, despite controlled environmental conditions, and thus refuted the long held belief that altitude-related cough is solely due to the inspiration of cold, dry air. <p><p>If altitude-related cough is not simply due to the inspiration of cold, dry air, other possible aetiologies are:<p>•\ / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Ce travail réalisé au sein du Service d'Exploration Fonctionnelle Respiratoire (Hôpital de la Croix-Rousse) évalue la prise en charge de patients souffrant de broncho-pneumopathie obstructive chronique (BPCO) dans le cadre d'une réadaptation fonctionnelle.<br />Nous avons évalué d'abord les effets d'un programme de réhabilitation réalisé sur 80 patients (VEMS à 46%) pendant 14 semaines dans le Service en ambulatoire à raison de 3 fois par semaine. Le bénéfice est significatif sur le test de marche, le questionnaire de qualité de vie et l'index de BODE. <br />Pendant ce programme, nous avons également évalué sur 30 patients les effets d'un entraînement spécifique des muscles ventilatoires avec augmentation significative de la pression maximale inspiratoire à l'issue de ces séances.<br />Un groupe plus restreint de patients (12 patients :VEMS à 34 %) a bénéficié pendant le réentraînement de l'apport d'une ventilation non invasive (VNI) afin de leur permettre d'accomplir la totalité du programme de réentraînement. <br />La suite de la réhabilitation à domicile est également très importante. Notre dernière étude a évalué les effets d'un programme de réhabilitation à domicile sur une période de 1 à 5 ans avec poursuite de l'amélioration des acquis du réentraînement effectué au préalable dans le Service EFR.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse traite du mouvement respiratoire dans l'imagerie TEP/TDM. L'imagerie TEP est une modalité à exposition longue très influencée par les mouvements involontaires du patient. Ces mouvements produisent des artéfacts dont les conséquences sont sérieuses pour le diagnostic car les tumeurs paraissent plus larges et moins actives. Cette thèse contribue à la résolution de ce problème. En plus de proposer l'architecture d'un système d'acquisition TEP/TDM synchronisée à la respiration, on y développe trois méthodes de traitement de signal et d'images qui peuvent être appliquées pour résoudre différents sous-problèmes: Une méthode originale de segmentation et caractérisation du signal respiratoire pour découvrir les patterns respiratoires "normaux" du patient, une méthode de reconstruction TDM-4D qui permet d'obtenir des images anatomiques du corps à chaque niveau respiratoire désiré et un algorithme itératif amélioré pour reconstruire des images TEP-4D compensées en mouvement respiratoire. Toutes ces méthodes et algorithmes ont été validés et testés sur des données simulées, des données de fantômes, et des données réelles de patients. / This thesis deals with respiratory motion in PET/CT images. It is well known that PET is a modality that requires a long exposure time. During this time, patients moves and breath. These motions produce undesirable artefacts that alter seriously the images and their precision. This has important consequences when diagnosing thoracic, and particularly pulmonary, cancer. Tumours appear larger than they really are and their activity is weaker. This thesis proposes to contribute to solving these problems.We propose the architecture of an integrated PET/CT acquisition system synchronized to respiration. We also develop signal and image processing methods that can be applied to eliminating respiratory artefacts in CT and PET images. The thesis brings three main contributions : An original respiratory signal segmentation and characterization to detect "normal" respiratory patterns, a 4D-CT reconstruction method that creates 3D images of the whole body for any respiratory level and an enhanced iterative algorithm for reconstructing 4D-PET images without respiratory artefacts. The developed methods have validated and tested on simulated, phantom and real patients' data.

Les principaux substrats oxydés à l’exercice, soit les glucides, les lipides et les pro- téines ne contribuent pas tous au même niveau à la fourniture d’énergie lors de l’effort prolongé. De plus, le glucose peut provenir de différentes sources endogènes (muscle, foie) et exogènes. Plusieurs facteurs peuvent influencer leur contribution respective incluant : la masse musculaire impliquée et l’entraînement préalable, le sexe, l’état nutritionnel et les conditions environnementales. L’utilisation d’isotopes stables, tels que le carbone 13 (13C), combinée à la calorimétrie indirecte respiratoire corrigée pour l’excrétion d’urée dans l’urine et la sueur, permet de différencier les substrats endogènes et exogènes et d’évaluer la contribution de leur oxydation à la fourniture d’énergie. Ces méthodes d’investigation permettant d’apprécier la sélection des substrats lors de l’exercice prolongé avec ingestion de glucose ont permis d’effectuer les comparaisons qui ont fait l’objet des trois études de cette thèse. Dans la première étude, la sélection des substrats au cours d’un effort prolongé effectué avec les membres inférieurs ou les membres supérieurs a été comparée avec et sans ingestion de glucose. Une différence modeste fut observée entre la sélection des substrats selon le mode d’exercice avec l’ingestion d’eau, celle-ci favorisant légèrement l’oxydation des glucides lors de l’effort avec les membres supérieurs. La quantité de glucose exogène oxydée était plus faible lors de l’exercice avec les membres supérieurs qu’avec les membres supérieurs, mais sa contribution plus importante, conséquence d’une dépense énergétique plus faible. Dans la deuxième étude, on a comparé la sélection des substrats chez des sujets mas- culins et féminins et les effets d’une alimentation enrichie en glucides ou de l’ingestion de glucose, au cours d’un exercice prolongé d’une durée de deux heures. On reconnaît généralement que, pour une même puissance relative, les femmes utilisent moins de glucides et davantage de lipides que les hommes. Les effets séparés d’une alimentation riche en glucides ou de l’ingestion de glucose pendant l’exercice sur la sélection des substrats furent pourtant similaires chez les deux sexes. L’effet combiné des deux procédures de supplémentation est toutefois plus important chez la femme que chez l’homme, soutenant l’hypothèse qu’un léger déficit en glucides soit présent chez les femmes. Dans la troisième étude, l’oxydation des substrats et particulièrement celle d’amidon exogène au cours d’une marche prolongée à une faible puissance de travail a été décrite. Les individus qui pratiquent des activités physiques prolongées à des intensités faibles (< 40 %VO2max) sont encouragés à ingérer des glucides et de l’eau pendant l’effort, mais la contribution de leur oxydation à la fourniture d’énergie est relativement peu connue. Nous avons montré que, contrairement aux observations précédemment effectuées à jeun sans ingestion de glucides pendant l’effort, les glucides (incluant de source exogène) peuvent fournir une très grande partie de l’énergie lorsqu’ils sont ingérés à des intervalles réguliers au cours de l’exercice prolongé. Dans l’ensemble, les résultats des études expérimentales présentées dans cette thèse montrent que les glucides ingérés peuvent fournir une grande proportion de l’énergie pendant l’exercice prolongé. Toutefois, le mode d’exercice, le sexe et la puissance de travail mènent à des variations qui sont en grande partie liées à une dépense énergétique variable selon les conditions et les groupes d’individus ayant des caractéristiques différentes. / The main substrates oxidized during prolonged exercise, whether carbohydrates, fats or proteins, do not contribute equally to the energy supply. In addition, glucose can originate from different endogenous (muscle, liver) and exogenous sources. Many factors can affect their respective contribution including: active muscle mass, training, sex, nutritional state and environmental conditions. The use of stable isotopes, such as carbon 13 (13C), combined with indirect respiratory calorimetry corrected for urea excretion in urine and sweat, allows the differentiation of endogenous and exogenous substrates and the estimation of their contribution to the energy yield. These methods, allowing the measurement of fuel selection during prolonged exercise with glucose ingestion, enabled the comparisons found in the three experimental studies part of this thesis. In the first study, fuel selection was compared during prolonged upper- and lower-body exercise with or without glucose ingestion. The difference in fuel selection between upper- and lower-body exercise when water was ingested was modest with a slightly higher reliance on carbohydrate oxidation during upper-body exercise. The amount of exogenous glucose oxidized was lower but its contribution to the energy yield was higher during upper-body exercise due to the lower energy expenditure. In the second study of the thesis, the effects on fuel selection in women and men of a diet rich in carbohydrate and glucose ingestion during prolonged exercise were compared. It is generally recognized that for a given relative workload, women rely less on carbohydrates and more on fat than men. The separate effects of a diet rich in carbohydrates or glucose ingestion during exercise on fuel selection were indeed similar in men and women. However, the combined effects of both procedures were larger in women than in men, supporting the suggestion that a small carbohydrate deficit could be present in women. In the third study, substrate oxidation and particularly that of exogenous starch during prolonged walking at a low workload was described. Subjects engaged in prolonged exercise at low workload (<40 %VO2max) are encouraged to ingest carbohydrate along with water before and during exercise but there is currently few data on the contribution to the energy yield of ingested carbohydrate in this situation. In contrast to what is observed in fasted subjects without carbohydrate ingestion during exercise, we have shown that carbohydrate (including exogenous starch) can supply a very large proportion of the energy yield when ingested before and at regular interval during prolonged exercise. Taken together, the results of the experimental studies show that ingested carbohydrates can supply a large fraction of the energy yield during prolonged exercise. However, the exercise mode, the sex and the workload sustained has shown some differences that are mostly due to variations in energy expenditure between experimental conditions or groups of individuals with different characteristics.

Les lésions spinales cervicales sont au premier rang de l'épidémiologie des lésions spinales. Ce type de lésion porte atteinte aux commandes motrices bulbo-spinales respiratoires et entraîne des insuffisances respiratoires mettant en jeu le pronostic vital du patient. L'étude de la récupération spontanée de la fonction respiratoire et le développement de stratégies réparatrices constituent un enjeu majeur. Les stratégies thérapeutiques par greffe de cellules engainantes olfactives sont les plus prometteuses. Nous exposons l'effet de la transplantation de cellules gliales olfactives d'origine nasale au niveau spinal dans le cadre d'une hémi-contusion spinale cervicale chez le rat adulte et de la récupération de la fonction respiratoire. Nous montrons également, pour la première fois, qu'une lésion spinale a un impact sur les foyers de neurogenèse du cerveau et qu'un phénomène de neuroprotection se met en place dans la medulla du tronc cérébral suite à une lésion spinale. Nos travaux se replaçent dans une thématique clinique très actuelle, riche en publications. Il est impératif de prendre en compte les conséquences sus-lésionnelles d'une lésion spinale notamment pour la médecine régénératrice. / Cervical spinal cord injuries are the most frequent type of spinal cord injury. It interrupts motor bulbospinal respiratory pathway inducing respiratory deficits bringing into play the vital diagnostic of patients. The study of spontaneous recovery of respiratory function and the development of reparing strategies are a major issue. Therapeutic strategies by olfactory enseathing cells are the most promising. We show the effect of nasal olfactory enseathing cells transplantation at the spinal level considering a cervical spinal cord hemicontusion in adult rat and the recovery of respiratory function. We also demonstrate, for the first time, that spinal cord injury has an impact on adult brain neurogenesis niches and that a neuroprotective phenomenon appears after spinal cord injury in the medulla of the brainstem. Our results concerns an actual clinical research theme, well-referenced in publications. It is of high importance to consider supralesional consequences of spinal cord injury, especially for the regenerative medicine