Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Au cours de la grossesse et de la période d'allaitement, plusieurs fonctions physiologiques varient et entraînent des modifications fonctionnelles au niveau de la pharmacocinétique des médicaments. Certaines pathologies nécessitent un traitement continu et le métabolisme de médicaments prescrits est modifié par des mécanismes qu'il faut connaître pour limiter les risques tant pour la mère que le fœtus. Or, inclure des femmes enceintes ou allaitant dans les protocoles d'étude clinique est difficile pour des raisons d'éthique évidente. Les études fonctionnelles requièrent l'utilisation d'une méthodologie générale adaptée qui inclue des techniques d'analyses non invasives et performantes et des designs d'études adaptés et détaillés, pour permettre la création d'une base de données pertinente pour le corps médical. Dans ce contexte, les isotopes stables et la spectrométrie de masse isotopique présentent un grand intérêt puisque les isotopes stables sont non radioactifs, sans toxicité et d'excellents traceurs biologiques. L'objectif principal de la thèse est de mettre en place une méthodologie générale utilisant les isotopes stables pour l’évaluation non invasive de la fonction métabolique hépatique au cours de la grossesse et l'étude du passage des médicaments dans le lait maternel. Un protocole clinique et une méthode générale de criblage par extraction en phase solide et chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse ont été mis au point pour les études sur le transfert des médicaments dans le lait maternel et sur les effets pharmacologiques chez le nouveau-né. Le protocole clinique permet de prélever les échantillons de lait de façon contrôlée et de recueillir tous les paramètres importants pour l'interprétation pharmacocinétique. La méthode d'analyse permet de doser de nombreuses substances utilisées pendant l'allaitement et peut facilement et rapidement être adaptable à d'autres médicaments et à leurs métabolites. L'utilisation conjointe de ces deux outils garantie une interprétation pharmacocinétique indépendante du contexte de l'étude clinique. Pour l'étude de la fonction métabolique hépatique, le test respiratoire à la 13C-caféine et les rapports métaboliques urinaires de la 13C-caféine ont été validés comme marqueurs des variations d'activités des CYP1A2. L'utilisation de la 13C-caféine dans la mesure des rapports urinaires a permis d'être très spécifique vis à vis du substrat, et de ne pas tenir compte de la présence systématique de métabolites de la caféine provenant de l'alimentation. Le test respiratoire est indicateur du métabolisme global de la caféine par les CYP1A2 alors que les rapports métaboliques sont associés à certaines voies du métabolisme et permettent de tenir compte et éventuellement de mesurer les activités d'autres enzymes. Pour les études longitudinales au cours de la grossesse, ces deux tests sont des outils de choix pour évaluer de façon sensible et non invasive les variations d'activités des CYP1A2 M vivo et pour potentiellement détecter et anticiper les dommages dus aux pathologies. Pour évaluer les activités d'autres CYP450, ces deux tests peuvent être utiliser avec d'autres substrats. En conclusion, l'analyse isotopique et les technologies utilisant les isotopes stables permettent d'augmenter l'efficacité des protocoles cliniques et d'accéder à des populations protégées comme les femmes enceintes et allaitant.

Cardiovascular pharmaceuticals are among the most prescribed drugs. As a result of the high consumption, these pharmaceuticals have been frequently detected in waste and surface waters. Verapamil, diltiazem and atenolol are very important representatives of cardiovascular pharmaceuticals; therefore, the present research focused on their acute and sub-chronic effects, bioconcentration, half-life time and metabolism in fish. Moreover, unified protocol for the quantitative assessment of histopathological alterations on the heart ventricle and coronary blood vessels employing heart index calculation was developed with the aim to better assess histopathological changes in fish heart which is one of the targets of cardiovascular pharmaceuticals and other chemicals. The effects caused by high concentrations of the studied substances, verapamil, diltiazem and atenolol, in fish can be considered similar to the therapeutic effects and side effects that are found in humans. The acute exposure to verapamil at the human therapeutic plasma level reduced the heart rate in common carp embryos and larvae. In addition, the acute and chronic exposure to this substance caused peripheral edema and gastrointestinal haemorrhage in carp. Similarly, the histological changes in heart and the blood vessels of the liver in diltiazem exposed rainbow trout suggested vasodilatation similar to the pharmacological effect of diltiazem in the human body. In rainbow trout sub-chronically exposed to atenolol at a human therapeutic blood plasma concentration, histopathological changes in the cardiovascular system were found. The bioconcentration of verapamil, diltiazem and atenolol in fish can be classified as low. Bioconcentration factor (BCF) of verapamil in whole body homogenates of common carp ranged between 6.6 and 16.6. The BCF of diltiazem was also relatively low (0.5-194) in analysed tissues of trout, following the order kidney liver muscle blood plasma. BCF of atenolol in rainbow trout tissues was the lowest among the tested substances (BCF = 0.002-0.27), following the order of liver > kidney > muscle. In the blood plasma, the concentration of atenolol was below the limit of quantification. Verapamil showed a longer half-life time (10.6 days) in fish compared to the human body, indicating the slow rate of biotransformation and/or elimination of verapamil in fish. Estimated half-life times of diltiazem in liver (1.5 h) and kidney (6.2 h) were in the same order of magnitudes as those determined for the human blood plasma. The half-life time of atenolol in trout was not studied, because of its very low bioconcentration. In diltiazem exposed rainbow trout, 8 groups of metabolites of diltiazem with 17 different isoforms were identified using liquid chromatography/high resolution mass spectrometry method. Diltiazem was found to undergo a biotransformation involving desmethylation, desacethylation and hydroxylation in fish. These results showed that diltiazem was metabolised in fish in a similar way like in the human body by desmethylation and desacethylation. On the other hand, hydroxylation, which was involved to a minor extent, seemed to be species specific. Verapamil had no effect on early life stages of common carp at the environmentally relevant concentration after one month lasting exposure. On the other hand, atenolol and diltiazem in environmentally realistic concentrations caused after 42-day exposure some physiological changes in rainbow trout. Namely, atenolol affected haematological and biochemical parameters of the blood in exposed rainbow trout and diltiazem caused changes in the activity of antioxidant enzymes in trout liver and gills. These data indicated that atenolol and diltiazem, when present in the aquatic environment, could be a source of sub-lethal detrimental effects in fish.