L'objectif de cette thèse est d’étudier temporellement des phénomènes évolutifs à l'aide de la tomographie d'émission monophotonique (TEMP). La première partie de cette thèse traite le problème du mouvement respiratoire dans les images TEMP de souris. Nous présentons ici une méthode permettant de détecter ce mouvement respiratoire dans les images TEMP 4D, d'extraire un signal respiratoire intrinsèque, et de déterminer la phase du cycle respiratoire sans mouvement la plus large possible. Les données enregistrées durant ces phases sans mouvement sont alors utilisées pour reconstruire une seule image TEMP 3D sans artefact de mouvement par acquisition. Les images ainsi reconstruites présentent un bon compromis en terme de statistiques et de précision des mesures par rapport aux images TEMP 3D de base et TEMP 4D. Dans la deuxième partie, nous étudions la cinétique d'incorporation de l'iode dans l'estomac de souris à partir d'images TEMP 4D. Afin de comprendre le rôle biologique de cette accumulation dans l'estomac, nous avons modélisé le phénomène par une approche d'analyse compartimentale avec un modèle simplifiée à deux compartiments (paroi et cavité stomacale) et une entrée (sang). Les courbes temps-activité (TAC) de chaque compartiment sont déduites des observations et une première estimation des paramètres a été obtenue. / The aim of this thesis is to investigate temporally evolving phenomena with the use of single photon emission computed tomography (SPECT).The first part of this thesis addresses the problem of respiratory motion in SPECT images of mice. The presented method permits us to detect the respiratory motion in 4D SPECT images, to extract an intrinsic respiratory signal and to determine the widest possible phase of the respiratory cycle without movement. The data recorded during these motionless phases are then used to reconstruct a single 3D SPECT image without motion artefacts per acquisition. Reconstructed motionless SPECT images present a good compromise in terms of statistics and accuracy of the measurements with respect to basic 3D SPECT and 4D SPECT images. In the second part, we study the iodide uptake kinetics in the stomach 99mTc-pertechnetate biodistribution with the of mice through the study of use of 4D SPECT images. To understand the biological role of the iodide accumulation in the stomach, we modelled the phenomenon with a compartmental analysis approach using a simplified two-compartment (stomach wall and cavity) model with one input (blood). Time activity curves (TAC) of each compartment are deduced from observations and a first estimation of the parameters was obtained.

L'objectif du travail était l'étude des effets ventilatoires et cardiovasculaires de l'hyperventilation volontaire (HV) ainsi que psychophysiologiques chez les sujets sains et les patients souffrant de trouble panique. Nous avons mené deux études : la première sur des sujets sains sur lesquels le débit ventilatoire, les mouvements du thorax et de l'abdomen, le pourcentage de CO2 dans l'air expiré (FETCO2), l'électrocardiogramme (ECG) ont été enregistre au cours de deux tests d'hyperventilation : l'un à la fréquence de repos (THV) et l'autre à la fréquence de 20 cycles par minute (THV20). La deuxième étude a porté sur un groupe de sujets sains (groupe contrôle) et un groupe de patients souffrant du trouble panique (TP) sur lesquels le débit ventilatoire et l'ECG ont été enregistrés et les niveaux d'anxiété (Spielbergher), de dépression (Beck), du stress (Holmes), des symptômes de troubles fonctionnels (Profil Végétatif) et des symptômes produits par l'hyperventilation ont été évalués. Les variables ventilatoires classiques ont été calculées cycle par cycle. La forme des cycles ventilatoires a été étudiée en calculant les asters (représentation vectorielle des quatre premières harmoniques d'une décomposition en série de Fourier de chaque cycle respiratoire) ainsi que les triads (complexe trivarié: volume courant Vt, temps d'inspiration Ti et d'expiration Te). Les asters et triads ont été comparés dans les différentes conditions en utilisant un test statistique multi-varié (test de similarité). Les composantes du spectre de la période cardiaque, les périodes cardiaques moyennes et les coefficients de variation de la période cardiaque ont été calculés à partir des intervalles RR de l'ECG. Les résultats du test de similarité montrent que la forme du cycle ventilatoire de repos est modifiée au cours de l'hyperventilation volontaire, mais que la forme cycle à l'HV est conservée à un an d'intervalle et aussi pour les périodes d'HV des deux tests THV et TVH20. L'hyperventilation volontaire modifie significativement les caractéristiques de la ventilation (variables et forme du cycle). Cependant, au cours de l'hyperventilation volontaire ces caractéristiques sont conservées à un an d'intervalle et il semble que la personnalité ventilatoire de repos ne se conserve pas au cours de l'HV, mais l'on retrouve une personnalité " différente " au cours de l'HV. Les variables ventilatoires et leurs coefficients de variation sont modifiés pendant toutes les périodes des deux tests d'hyperventilation. Les variables ventilatoires du groupe contrôle ne sont significativement différentes du groupe TP qu'au cours des trois premières minutes de récupération. La variabilité cardiaque est significativement modifiée au cours des périodes des tests d'hyperventilation volontaire. La variabilité cardiaque est significativement plus faible chez les patients TP que chez les sujets sains et l'analyse des composantes spectrales de la période cardiaque permet de déduire que les patients semblent présenter au repos et pendant l'HV, une activité cardio-vagale plus faible et une activité sympathique plus élevée que les sujets sains. Les patients TP ont des niveaux plus élevés d'anxiété et de dépression que les sujets du groupe contrôle. Au cours des trois première minutes de récupération après l'hyperventilation volontaire à la fréquence de repos, la ventilation est plus élevée chez les sujets présentant une anxiété élevée que chez ceux présentant une anxiété normale à moyenne. Le nombre de symptômes fonctionnels et produits par l'hyperventilation volontaire est aussi plus élevé chez les sujets présentant une anxiété élevée.

Les patients en état critique nécessitant une ventilation artificielle sont particulièrement exposés au risque d'une agression rénale ischémique. L'apparition d'une insuffisance rénale aiguë (IRA) dans ce contexte est responsable d'une surmortalité. L'objectif de ce travail était l'optimisation de la prévention de l'IRA incluant deux axes de recherche. D'une part l'évaluation de mesures de protection rénale visant au maintien de la délivrance rénale en oxygène et d'autre part l'étude de la performance des outils d'évaluation de la fonction rénale pour la détection et la caractérisation d'une agression.La principale mesure de prévention de l'IRA proposée en pratique clinique pour la restauration et le maintien d'une perfusion rénale est l'expansion volémique mais avec un risque d'altération de la fonction pulmonaire. Nos travaux ont permis de montrer que le pronostic rénal au cours de la réanimation liquidienne dépend du type de soluté administré. L'incidence de l'IRA est plus élevée lorsque des colloïdes à base d'hydroxyéthylamidons et/ou ayant un pouvoir oncotique élevé sont utilisés. Contrairement au rein, l'évolution de la fonction respiratoire ne dépend pas de l'effet oncotique du soluté utilisé mais des volumes administrés. La degradation de la fonction respiratoire semble survenir pour un volume moindre de colloïdes que de cristalloïdes, sans doute du fait d'une efficacité plus importante sur l'augmentation du volume intravasculaire.Associé à la restauration de la perfusion rénale, le maintien de l'oxygénation artérielle est un autre déterminant potentiel de l'oxygénation rénale. Nous avons évalué la réponse rénale à une hypoxémie modérée, habituelle au cours du syndrome de détresse respiratoire aiguë. Une baisse de la FiO2 est en effet recommandée pour la prévention des lésions pulmonaires induites par l'oxygène. Une ventilation de 2 heures à un niveau de SaO2 entre 88 et 92% engendre une réponse diurétique et une augmentation des résistances artérielles rénales mesurées par la méthode Doppler. Cette réponse rénale est indépendante des modifications ventilatoires et hémodynamiques, elle est rapidement réversible avec la réoxygénation. En plus de sa capacité à détecter une modification de la vascularisation rénale, nous avons retrouvé que la mesure de l'index de résistance prédisait de façon satisfaisante la persistance d'une IRA, performance meilleure que celle de certains indices biochimiques urinaires habituellement recommandés.Ces différents travaux ont permis de mieux appréhender les interactions physiopathologiques entre la prévention des dysfonctions rénale et pulmonaire et soulignent les antagonismes qui peuvent exister entre ces deux organes. La réanimation liquidienne peut être optimisée par le choix d'un soluté hypo-oncotique pour réduire le risque d'IRA sans altérer la fonction respiratoire. La réponse rénale à une hypoxémie modérée suggère que la préservation de l'oxygénation artérielle puisse avoir un rôle dans la préservation de la fonction rénale. Enfin, le Doppler rénal est un outil prometteur pour la sélection, l'évaluation et l'optimisation des mesures de protection rénales.

Deux manifestations cliniques d’infections des voies respiratoires inférieures (IVRI) sévères nécessitent des soins hospitaliers chez les enfants : la bronchiolite, causée principalement par des infections virales et la pneumonie, associée à une grande variété de pathogènes viraux et bactériens. Le Streptococcus pneumoniae demeure un des pathogènes importants de la pneumonie acquise dans la communauté et des programmes d’immunisation utilisant un vaccin conjugué anti-pneumococcique (VCP) ont été implantés dans presque tous les pays pour réduire le fardeau des infections pneumococciques chez les enfants. Un programme de vaccination systématique avec des VCP ciblant tous les nouveau-nés a débuté au Québec en décembre 2004. Basée sur des données administratives, la présente étude visait à décrire l'épidémiologie et le fardeau des infections respiratoires basses chez les enfants de 6 à 59 mois au Québec d’avril 2000 à mai 2015. Les analyses de tendances dans les proportions et les taux ont été faits avec le test de Cochran-Armitage et le modèle de régression de Poisson. Une tendance à la baisse dans les taux d’hospitalisation a été observée pour les IVRI. La diminution était plus prononcée pour la pneumonie que pour la bronchiolite, alors qu’une stabilité s’est démarquée dans les taux d’hospitalisation parmi ceux admis aux soins intensifs. En effet, une diminution de la moyenne des durées d’hospitalisation a été identifiée, mais pas chez les enfants admis aux soins intensifs. Toutes ces tendances à la baisse ont débuté avant l’introduction du programme VCP en décembre 2004. Peu d'évidence montre que la diminution de la fréquence des hospitalisations pour pneumonie de toutes causes soit principalement attribuable au VCP. Les modifications observées peuvent être expliquées en grande partie par des changements dans les pratiques cliniques. Des facteurs environnementaux peuvent également avoir joué un rôle. Cette étude montre que de nombreux facteurs doivent être pris en compte dans l’interprétation de l’impact des VCP sur les hospitalisations pour pneumonie et bronchiolite. / There are two main clinical manifestations of serious lower respiratory tract infections (LRTI) in young children which require hospitalization: bronchiolitis, mainly caused by viral infections, and pneumonia which is associated with a large variety of viral and bacterial pathogens. Streptococcus pneumoniae remains an important cause of community-acquired pneumonia and vaccination programs using pneumococcal conjugate vaccines (PCV) have been implemented in almost all countries to reduce the burden of pneumococcal infections in children. A routine vaccination program targeting all newborns with PCV-7 was started in the province of Quebec, Canada in December 2004. An ecological study using administrative data was carried out in order to assess the epidemiology and burden of LRTI in 6 to 59 month old children in Quebec from April 2000 to May 2015. Trend analyses of proportions and rates were calculated with Cochran-Armitage tests and Poisson regressions. Diminishing trends in the hospitalization rates were found for both LRTI. The reduction was more pronounced in pneumonia than in bronchiolitis. The hospitalization rate for those admitted to a paediatric intensive care unit (PICU) was stable. A reduction in the mean duration of hospital stays was also identified, but not among children admitted to a PICU. All of these downward trends started before the introduction of the PCV program in December 2004. There is little evidence that the reduction in the frequency of hospitalisations for all-cause pneumonia is primarily attributable to PCVs. Many of the changes observed can be explained by changes in clinical practice. Environmental factors could have also played a role. This study demonstrates that many factors must be taken into account in the interpretation of the impact of PCVs on hospitalisations for pneumonia and bronchiolitis.

Une séance de téléréadaptation consiste à mettre en interaction une personne sous traitement dans son lieu de résidence avec un professionnel dans une clinique, via Internet, dans le but de mener à distance une consultation ou un traitement. Un exemple typique de séances de téléréadaptation implique la tenue d'exercices sur vélo stationnaire, accompagnés entre autres de la mesure de signes vitaux. Actuellement, le système utilisé par l'équipe de recherche en téléréadaptation de l'Université de Sherbrooke mesure seulement le rythme cardiaque ainsi que la saturation d'oxygène du patient. Pour que les cliniciens puissent avoir plus d'informations sur l'activité de la personne et donc pouvoir mieux adapter leurs consignes lors des séances, il faut que des informations supplémentaires soient ajoutées, telles que le rythme respiratoire, l'échelle de Borg, la vitesse et le niveau de résistance sélectionné lors de séances sur un vélo stationnaire. Ce projet de maîtrise porte sur une de ces mesures, soit celle du rythme respiratoire sans contact. La détection sans contact est moins gênante pour le patient, non biaisée et ne demande pas le port d'un capteur supplémentaire. L'objectif principal du projet est de développer une technique de mesure du rythme respiratoire sans contact utilisant une caméra thermique pan-tilt montée sur un trépied et placée devant le vélo stationnaire. Le système doit être capable de suivre la région bouche-nez d'une personne en temps réel lorsqu'elle est en mouvement grâce à un algorithme de suivi traitant une séquence d'images. La première étape a consisté à passer en revue les techniques envisageables pour mesurer le rythme respiratoire. Ensuite, il a été nécessaire de sélectionner une technique de mesure sans contact, de l'implémenter, de la rendre robuste aux mouvements, et de la tester en conditions réelles. Enfin, les performances du système développé ont été évaluées en comparant ce dernier avec une mesure provenant d'une ceinture respiratoire. Les résultats démontrent que le système fonctionne en temps réel lorsque le patient déplace ou effectue des rotations de sa tête sur le vélo stationnaire. Des recommandations sont faites pour minimiser les limitations du système, par exemple en cas de présence de personnes dans l'arrière-plan ou lorsque le patient parle. Le système réalisé est maintenant prêt pour être déployé lors de sessions de téléréadaptation à domicile afin de vérifier l'acceptabilité et la facilité d'utilisation du système.

Background : This study aimed to implement low-frequency forced oscillation technique (LFFOT) in neonatal total liquid ventilation (TLV) and to provide the first insight into respiratory impedance under this new modality of ventilation. Method. Thirteen newborn lambs weighing 2.5 « 0.4 kg (mean « SD) were premedicated, intubated, anesthetized, and then placed under TLV using a specially-design liquid ventilator and a perfluorocarbon. The respiratory mechanics measurements protocol was started immediately after TLV initiation. Three blocks of measurements were first performed: one during initial respiratory system adaptation to TLV, followed by two others series during steady state conditions. Lambs were then divided into two groups prior to undergoing another three blocks of measurements: the first group received a 10-min i v infusion of salbutamol (1.5 [micro]g/kg/min) after continuous infusion of methacholine (9 [micro]g/kg/min) while the second group of lambs were chest-strapped. Respiratory impedance was measured using serial single-frequency tests at frequencies ranging between 0.05-2 Hz and then fitted with a constant-phase model. 0.2 Hz harmonic test signals were also launched every ten minutes throughout the measurement protocol. Results. Airway resistance and inertance were starkly increased in TLV compared to gas ventilation with a resonant frequency [less than or equal to] 1.2 Hz. 0.2 Hz resistance and reactance were sensitive to bronchoconstriction and dilation as well as during compliance reduction. Conclusions. We report successful implementation of LFFOT to neonatal total liquid ventilation and present the first insight into respiratory impedance under this new modality of ventilation. We show that LFFOT is an effective tool to track respiratory mechanics under TLV.

Résumé : La schizophrénie est une maladie mentale chronique caractérisée par trois types différents de symptômes cliniques : positifs (hallucinations), négatifs (manque de motivation) et cognitifs (dysfonction exécutive). Parmi de nombreuses perturbations neurochimiques, un débalancement entre la production des espèces réactives de l’oxygène et l’activité des enzymes antioxydantes, suggère l’existence de dysfonctions mitochondriales. Notre laboratoire a récemment développé un modèle juvénile à double atteinte de schizophrénie, chez la souris, combinant deux facteurs de risques environnementaux (inflammation immunitaire gestationnelle par l’injection de polyIC, suivie à l’âge juvénile d’un stress de contention du jour postnatal 33 à 35) afin de mieux comprendre la phase précoce de la maladie. Nous avons présenté précédemment, des anomalies comportementales et neurochimiques, incluant un stress oxydatif (mesuré par une augmentation de la carbonylation des protéines), nous permettant de valider le modèle. De plus, un antioxydant, l’acide lipoïque (AL) renverse ces déficits, appuyant les anomalies observées. Ici, nous avons évalué la fonction mitochondriale dans ce modèle juvénile à double atteinte de schizophrénie chez la souris. L’activité mitochondriale a été déterminée dans deux régions d’intérêt (cortex préfrontal (PFC) et striatum) associées à la schizophrénie. Nos mesures ont été faites en stade 3, avec des substrats pour le complexe I (glutamate-malate + ADP) et complexe II (succinate + ADP) induisant la respiration mitochondriale. Nous avons observé une augmentation de l’activité respiratoire induite par le complexe I dans le PFC et le striatum dans les deux sexes mais une augmentation de l’activité induite par le complexe II seulement chez les mâles. Le traitement à l’AL prévient seulement l’augmentation de la respiration induite par le complexe II chez les mâles mais n’a pas d’effet sur l’activité induite par le complexe I. Les niveaux d’expression protéique des différents complexes de la chaine respiratoire, des groupements carbonyl ainsi que des protéines de fission/fusion ne sont pas modifiés. En conclusion, notre modèle juvénile à double atteinte de schizophrénie montre une augmentation de l’activité respiratoire induite par le complexe II chez les mâles, sans changement de l’expression protéique. D’autres expériences sont requises pour comprendre l’origine de ces modifications. / Abstract : Schizophrenia is a chronic mental illness characterized by different clinical symptoms with three core features: positive (eg hallucinations), negative (eg lack of motivation) and cognitive (eg executive dysfunction). Among a large array of neurochemical disturbances, imbalance between production of reactive oxygen species and activity of antioxidant enzymes, convincingly points toward mitochondrial dysfunction. Our laboratory has recently developed a juvenile murine two-hit model (THM) of schizophrenia based on the combination of two environmental risk factors (gestational inflammation induced by poly IC, followed by juvenile restraint stress at postnatal days 33-35) to gain a better understanding of the early disease onset. We previously reported relevant behavioral and neurochemical disturbances, including oxidative stress (as assessed by an increase in protein carbonylation), thus providing preliminary validation of this THM of schizophrenia. Moreover, the antioxidant lipoic acid (LA) reversed these deficits, thereby pointing to a key role of oxidative stress. Here, we investigated mitochondrial function in this juvenile murine THM of schizophrenia. The mitochondrial activity was determined using the Mitoxpress commercial kit within two relevant regions (prefrontal cortex (PFC) and striatum) associated with schizophrenia. Our measures were performed in state 3, with substrates for complex I (glutamatemalate + ADP) and complex II (succinate + ADP) inducing mitochondrial respiratory activity. We observed an increase in complex I induced respiratory activity in the PFC and striatum in both sexes but an increase in complex II activity only in males. LA treatment prevented this increase only in complex II induced respiration in males but had no effect on complex I induced activity. Expression levels of the different respiratory chain complexes were not modified under our conditions, as well as fission/fusion protein and carbonyl group levels. In conclusion, our juvenile two-hit model of schizophrenia shows an increase in mitochondrial activity reversed by lipoic acid treatment, specifically in complex II induced respiratory activity in males, without any change in respiratory chain protein expression. Further investigations are required to determine the causes and consequences of these modifications.

D'après les études fondées sur des questionnaires, la prévalence de l'asthme varie entre 11 et 20 %. Chez les sportifs, celles menées au moyen d'interrogatoires indiquent que la prévalence du bronchospasme induit par l'exercice (BIE) est de l'ordre de 50-74 %. Cette prévalence est ramenée à 11-55 % selon les critères établis lors des tests d'exploration fonctionnelle respiratoire (EFR). L'air froid et sec est un facteur souvent évoqué pour expliquer le BIE. Nous avons étudié la prévalence du BIE chez 25 cyclistes professionnels en climat continental au moyen d'un interrogatoire couplé à des tests pharmacodynamiques et EFR au repos et après exercice. Les résultats ont montré une prévalence de 68 % de sujets symptomatiques et 60 % confirmés asthmatiques. Ces résultats corroborent les études antérieures réalisées sous le même type de climat. Afin d'évaluer un effet éventuel dû au climat, le BIE évalué en climat chaud et humide du Bénin chez 20 basketteurs amateurs par questionnaire et sur la base de tests pharmacodynamiques et EFR a présenté une prévalence de 55% de sujets symptomatiques et 35% confirmés asthmatiques. Nos résultats en climat chaud et humide s'avèrent analogues à ceux observés en climat continental, montrant ainsi que le climat a une influence faible sur le BIE et que l'exercice joue un rôle plus important dans l'initiation et le maintien du BIE.

Dans ce travail, nous décrivons les conséquences physiologiques et physiopathologiques de l'obésité, ainsi que les difficultés techniques et logistiques de la prise en charge clinique. Puis, nous étudions les caractéristiques de la prise en charge des patients obèses et obèses morbides aux urgences, au bloc opératoire et en réanimation, ainsi que les modifications de la fonction respiratoire liées à l'obésité morbide et à la perte de poids. Aux urgences, nous démontrons que les patients obèses (IMC et#8805; 30 kg/m²) ont un capital veineux moins accessible et sont plus difficiles à perfuser que les non obèses. En physiologie clinique, nous avons pu confirmer l'absence de variation de la CRF en position couchée et démontrer pour la première fois l'effet de la perte de poids et de la position couchée sur les variations de la CRF. Au bloc opératoire, nous montrons que la préoxygénation des obèses morbides est optimisée par la ventilation non invasive (VNI), qui permet une augmentation rapide et importante de la fraction expirée en oxygène (FEo2) que la préoxygénation classique. Nous montrons aussi que la position assise à 45° associée à la VNI n'améliore pas la préoxygénation chez l'obèse morbide comparé à la VNI seule. Enfin, nous rapportons que les patients obèses médicaux en réanimation se caractérisent par une surmortalité, qui persiste un an après la sortie de l'hôpital, alors que les patients obèses chirurgicaux bénéficient d'un effet protecteur qui persiste jusqu'à un an. Nos travaux proposent la mise en place de nouvelles techniques afin d'optimiser les conditions de prise en charge spécifiques des patients obèses aux urgences, au bloc opératoire et en réanimation. / To specifically address arising issues in managing obese patients, we have developed a physiological and a clinical approach. We first describe the physiological and pathophysiological consequences of obesity, as well as the technical and logistic difficulties in obese patient management. We then underline respiratory alterations in morbid obesity and study characteristics of obese and morbidly obese patients' care in the emergency department (ED), the operating room (OR) and the intensive care unit (ICU).In the ED, we demonstrate that obese patients (BMI ³ 30 kg/m2) are more difficult to perfuse than normal weight patients. In clinical physiology, as for alterations in respiratory function induced by obesity, we confirm the maintained functional residual capacity (FRC) in morbidly obese patients adopting a supine position and we further demonstrate for the first time, the effect of weight loss on postural changes in FRC, from the sitting to the supine position in a same individual.In the OR, we show that obese patient's pre-oxygenation can be optimized by using non-invasive ventilation (NIV), thus allowing a better and faster FeO2 increase than classical pre-oxygenation with spontaneous ventilation. We also demonstrate that combining a upright position at 45° to non invasive ventilation (NIV) does not improve pre-oxygenation in the morbidly obese patients. In the ICU, we show that medical obese patients show a higher mortality, whereas surgical obese patients benefit from a protective effect of obesity up to one year after hospital leave. In light of our data, we propose new techniques to specifically optimize obese patient management in the ED, OR and in the ICU.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.