Les personnes atteintes de schizophrénie peuvent présenter un sommeil anormal même lorsqu’elles sont stables cliniquement sous traitements pharmacologiques. Les études présentées dans cette thèse ont pour but de mesurer le sommeil afin de mieux comprendre les dysfonctions des mécanismes cérébraux pouvant être impliqués dans la physiopathologie de la schizophrénie. Les trois études présentées dans cette thèse rapportent des résultats sur le sommeil dans la schizophrénie à trois niveaux d’analyse chez trois groupes différents de patients. Le premier niveau est subjectif et décrit le sommeil à l’aide d’un questionnaire administré chez des personnes atteintes de schizophrénie cliniquement stables sous traitements pharmacologiques. Le deuxième niveau est objectif et évalue le sommeil par une méta-analyse des études polysomnographiques chez des patients atteints de schizophrénie ne recevant pas de traitement pharmacologique. Le troisième niveau est micro-structurel et utilise l’analyse spectrale de l’électroencéphalogramme (EEG) afin de caractériser le sommeil paradoxal de patients en premier épisode aigu de schizophrénie avant le début du traitement pharmacologique. La première étude montre que, lorsqu’évaluées par un questionnaire de sommeil, les personnes atteintes de schizophrénie cliniquement stables sous traitements pharmacologiques rapportent prendre plus de temps à s’endormir, se coucher plus tôt et se lever plus tard, passer plus de temps au lit et faire plus de siestes comparativement aux participants sains. Aussi, tout comme les participants sains, les personnes atteintes de schizophrénie rapportent un nombre normal d’éveils nocturnes, se disent normalement satisfaites de leur sommeil et se sentent normalement reposées au réveil. La deuxième étude révèle qu’objectivement, lorsque les études polysomnographiques effectuées chez des patients non traités sont soumises à une méta-analyse, les personnes atteintes de schizophrénie montrent une augmentation du délai d’endormissement, une diminution du temps total en sommeil, une diminution de l’efficacité du sommeil et une augmentation de la durée des éveils nocturnes comparativement aux participants sains. Les patients en arrêt aigu de traitement ont des désordres plus sévères au niveau de ces variables que les patients jamais traités. Seulement les patients jamais traités ont une diminution du pourcentage de stade 2 comparativement aux participants sains. La méta-analyse ne révèle pas de différence significative entre les groupes en ce qui concerne le sommeil lent profond et le sommeil paradoxal. La troisième étude, portant sur l’analyse spectrale de l’EEG en sommeil paradoxal, montre une diminution de l’amplitude relative de la bande de fréquence alpha dans les régions frontales, centrales et temporales et montre une augmentation de l’amplitude relative de la bande de fréquence bêta2 dans la région occipitale chez les personnes en premier épisode de schizophrénie jamais traitées comparativement aux participants sains. L’activité alpha absolue est positivement corrélée aux symptômes négatifs dans les régions frontales, centrales et temporales et négativement corrélée aux symptômes positifs dans la région occipitale. L’activité beta2 absolue ne montre pas de corrélation significative avec les symptômes positifs et négatifs de la schizophrénie. Ces résultats sont discutés suivant la possibilité que des dysfonctions au niveau des mécanismes de la vigilance seraient impliquées dans la physiopathologie de la schizophrénie. / Patients with schizophrenia may have an abnormal sleep even when clinically stable under pharmacological treatments. In the present thesis, sleep studies aim at measuring central nervous system dysfunctions that can be involved in the pathophysiology of schizophrenia. The present thesis includes three studies. These studies report results on sleep in patients with schizophrenia in a three levels analysis with three different groups of patients. The first level is subjective and describes sleep habits using a questionnaire administered to outpatients with schizophrenia clinically stable under pharmacological treatments. The second level of analysis is objective and evaluates sleep architecture using a meta-analysis of polysomnographic studies in untreated patients with schizophrenia. The third level is microstructural and uses electroencephalogram (EEG) spectral analysis to characterize REM sleep in never-treated patients with first-episode schizophrenia. The first study shows that, when evaluated using a sleep habits questionnaire, outpatients with schizophrenia clinically stable under pharmacological treatments report increased time to fall asleep, have earlier bedtime, later risetime, spend more time in bed and do more naps compared to healthy participants. Also, similarly to healthy participants, most patients with schizophrenia report normal wake time after sleep onset, are normally satisfied about their sleep and feel normally refreshed in the morning. The second study reveals that, objectively, when polysomnographic studies evaluating untreated patients with schizophrenia are submitted to a meta-analysis, patients with schizophrenia have increased sleep latency, reduced total sleep time, reduced sleep efficiency and increased wake time after sleep onset compared to healthy participants. Patients in acute drug withdrawal show more severe sleep disturbances in these variables compared to never treated patients. Only never treated patients show decreased stage 2 sleep duration compared to healthy participants. The meta-analysis does not reveal significant differences between groups in regards to slow wave sleep and paradoxical sleep variables. The third study about REM sleep EEG spectral analysis shows decreased relative alpha spectral amplitude in frontal, central and temporal cortical regions and increased relative beta2 spectral amplitude in the occipital region in never treated patients with first-episode schizophrenia compared to healthy participants. Absolute alpha spectral amplitude correlates positively with negative symptoms in the frontal, central and temporal regions and negatively with positive symptoms in the occipital region. No significant correlation has been observed between beta2 spectral amplitude and clinical symptoms of schizophrenia. These results are discussed following the possibility that dysfunctions in the mechanisms of vigilance would be involved in the pathophysiology of schizophrenia.

La maladie d’Alzheimer est actuellement la forme de démence la plus courante. Les causes, les facteurs de risques ainsi que le(s) mécanisme(s) conduisant à l’apparition des symptômes ne sont pas encore clairement connus. Néanmoins, le rôle central du peptide amyloïde (Aβ) dans le développement de la maladie a été démontré au travers de nombreuses recherches et fait actuellement l’unanimité. L’espèce oligomérique d’Aβ est plus précisément pointée doigt comme l’espèce la plus toxique. La formation des oligomers, au cours du processus d’agrégation, conduit à une population hétérogène en termes de taille et morphologies limitant la compréhension actuelle de leur implication dans le processus pathologique ainsi que dans l’initiation de la maladie. <p>Notre étude structurale minutieuse du processus d’agrégation du peptide Aβ démontre la formation d’agrégats dont le degré d’assemblage augmente au cours du temps. Nous avons montré que les agrégats identifiés comme étant des oligomères adoptent une structure en feuillets β antiparallèles. Tandis que l’interconversion de la structure β d’antiparallèle à parallèle conduit à la formation de fibrilles. Sur base de l’interprétation des spectres infrarouges analysés par corrélation à 2 dimensions, nous suggérons que ce changement de conformation est rendu possible grâce aux modifications des liens hydrogènes. En effet, les liens hydrogènes intramoléculaires qui stabilisent la structure antiparallèle des brins β disparaissent en faveur de liens intermoléculaires conduisant à la formation de feuillets β parallèles. De plus, ce changement de conformation requière la rotation des brins β le long de leur axe respectif. <p>Notre travail a pu mettre en avant le rôle central des oligomères dans la pathologie d’une part par leur rôle d’intermédiaires transitoires nécessaires et obligatoires à la formation des fibrilles mais également par la relation étroite qui existe entre leur structure en feuillets β antiparallèles et leur toxicité cellulaire. La modulation et/ou suppression de cette conformation est requise spécifiquement pour réguler leur toxicité et empêcher le processus de mauvais reploiement du peptide conduisant au développement de la maladie. <p>Enfin, nous avons également apporté de nouvelles informations concernant l’implication des membranes biologiques dans le mécanisme de toxicité des oligomères. Nos résultats démontrent que l’interaction du peptide avec un modèle de la membrane biologique ne conduit pas à la déstabilisation de cette dernière. L’hypothèse suggérant la formation de pores et/ou de canaux ioniques comme mécanisme de cytotoxicité est de facto réfutée par notre travail. Néanmoins, nous suggérons que l’interaction du peptide avec les lipides modifie le processus d’agrégation décrit dans la première partie de notre travail. Elle accélère l’étape de nucléation permettant la formation rapide d’oligomères à la surface de la membrane et accentuant ainsi leur probabilité d’interaction avec les protéines membranaires neuronales telles que les récepteurs de neurotransmetteurs./<p>Aggregation of amyloid-β peptides (Aβ1-40 and Aβ1-42) leads to formation of heterogeneous<p>toxic species, oligomers and fibrils, implicated in Alzheimer’s disease. As oligomers were<p>identified as the most cytotoxic entities, our research did focus on their implications in<p>pathology and the Aβ aggregation process which are currently not fully understood.<p>Using ATR-FTIR spectroscopy, we demonstrated that Aβ oligomers adopt an antiparallel β-<p>sheet structure. β-sheet interconversion from antiparallel to parallel seems to be an important<p>step in the Aβ oligomers-to-fibrils transformation. Furthermore, 2-D correlation analysis of<p>infrared spectra recorded during aggregation showed that Aβ isoforms undergo different β-<p>sheet reorganizations explaining their distinct aggregation kinetics. Aβ1-40 misfolding seems<p>to be related to a greater extent of secondary structure changes (increase of β-sheet structure<p>while α-helices and random coil structures content decrease). On the contrary, the same<p>analysis for Aβ1-42 suggests that a possible β-strand ‘rotation’ triggering inter-H bonding<p>formation and stabilizing fibrils may probably explain the antiparallel to parallel β-sheet<p>conversion.<p>We also provided evidence that cytotoxicity is strongly related to the oligomeric antiparallel<p>β-sheet structure of Aβ. The concomitant absence of antiparallel β-sheet structure due to<p>incubation with whey protein-derived peptide hydrolysate strongly suggests that cytotoxicity<p>and β-sheets organization are related.<p>Formation of β-barrel spanning the lipid membrane has been proposed to explain this Aβ<p>structure-toxicity relationship. In the last part of our work, we demonstrated that the<p>interaction of Aβ1-42 with anionic lipid membranes creates and/or stabilizes specific-size<p>oligomers. These oligomers, especially the dodecamer, are known to be the most toxic.<p>Nevertheless, we could not show that these specific oligomers are implicated in membrane<p>destabilization. Further works are needed to separate and study the individual properties of<p>each oligomer. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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

No abstract / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La découverte de nouveaux médicaments est un processus complexe qui implique de gros investissements et de longues phases de développement. Le coût des échecs est phénoménal et le taux de succès diminue depuis deux décennies, suggérant que le processus d'innovation-développement tel qu'il est pratiqué aujourd'hui n'est plus adapté aux défis actuels. Dans ce travail de thèse, nous proposons une nouvelle approche, dite descendante « Top-down » qui consiste à inverser le procédé traditionnel. Elle reposera essentiellement sur la conception et l'optimisation de modèles de prédiction, afin de mieux orienter les phases successives du développement et de prédire les résultats de chaque étape avec le maximum de précision. Cette démarche s'appuie sur la conception du modèle d'innovation thérapeutique et de toutes ses composantes, notamment le modèle physiopathologique (modèle simulant l'organisme et l'évolution naturelle de la maladie) le modèle thérapeutique (modèle simulant l'effet du médicament sur la maladie), et le modèle d'effet (modèle qui peut être prédit à partir des modèles précédents et qui permet de simuler l'impact du médicament sur la population traitée à partir de son effet sur chaque individu de la population. Le processus complet de notre stratégie comprend dix étapes : élaboration du modèle physiopathologique, calibration, validation, identification des cibles potentielles, activation du logiciel de modifications séquentielles des cibles, construction de la population virtuelle (réaliste ou non), obtention du modèle d'effet nécessaire pour calculer le nombre d'événements évités (NEE), calcul du NEE par cible, comparaison et choix de la “meilleure” cible / New drug discovery and development is a complex process which requires massive investments over protracted horizons. The cost of failed programs is significant in absolute dollar terms. Decreasing R&D productivity over the past 2 decades suggests that the traditional innovation model needs a radical rethink. The central purpose of this thesis work is to lay the theoretical foundations for a new "topdown" approach to new target identification construed as an alternative to the current bottomup approach based on high throughput screening. In essence, it will consist in the design and optimization of in silico models in order to guide the development of a new drug candidate by predicting the outcomes of each successive phase of the development process. This in silico framework brings together a physiopathological model (to simulate the natural evolution of the disease) with a therapeutic model (to simulate the effects of a drug candidate on disease evolution) and the effect model (to predict the impact of the drug candidate on a population of patients)

RESUME DES TRAVAUX<p><p>La rigidification des gros troncs artériels (GTA) est physiologiquement liée à l’âge et s’accélère sous l’influence de certains facteurs de risque cardiovasculaire tels que l’hypertension artérielle (HTA), le diabète, le tabagisme, la dyslipidémie, l’obésité, la consommation excessive de sel, la sédentarité et l’hérédité. Le vieillissement artériel prématuré est un déterminant majeur du risque d’événements cardiovasculaires. Il se caractérise par une altération des propriétés élastiques des GTA, consécutive à l’épaississement de l’intima et surtout de la média se traduisant par une rigidification de leur paroi et une intensification de la réflexion de la courbe de pression aortique. Une artère rigide accélère la vitesse de propagation de l’onde de pouls (VOP) qui en est le marqueur direct et induit par conséquent un retour plus précoce des ondes de pression réfléchies de la périphérie vers l’aorte.<p>Nous avons testé l’hypothèse que le risque accru de maladies cardiovasculaires (MCV) documenté chez les sujets noirs africains serait lié en partie au vieillissement précoce de leurs artères et que son amplification chez les bantous serait largement attribuable aux facteurs environnementaux.<p>A cet effet, nous avons procédé dans un premier temps à la validation de la VOP, de la pression pulsée (pression systolique-pression diastolique) et de l’index d’augmentation de pression (AIx), tous deux dérivés de la courbe de pression aortique comme méthodes de mesure et d’évaluation non invasive de la distensibilité artérielle chez les sujets normotendus. Nos résultats révèlent que la stimulation bêta-adrénergique non cardio-sélective par l’isoproterenol atténue de façon significative la réflexion des ondes de pression aortique et augmente nettement la pression pulsée (PP) aortique alors que la VOP aortique qui constitue la mesure de référence de l’élasticité artérielle n’est pas affectée. Ces résultats suggèrent dès lors que la PP et l’AIx ne sont pas des marqueurs fiables de la rigidité artérielle lors de la stimulation bêta-adrénergique.<p><p>Nous avons ensuite évalué l’amplitude de cet effet de l’isoproterenol sur la paroi artérielle du sujet noir africain. C’est ainsi que nous avons observé que la stimulation bêta-adrénergique par l’isoproterenol engendre une accélération de la VOP aortique chez les sujets noirs, contrairement aux sujets caucasiens chez qui elle la ralentit considérablement. Ce résultat suggère que l’altération précoce des propriétés structurelles et fonctionnelles de la paroi aortique des sujets noirs sous l’effet de divers stress pourrait contribuer à la sévérité et à la précocité des MCV couramment rapportées au sein de ce groupe ethnique.<p><p>Nous avons ensuite testé une série d’hypothèses nécessitant des mesures non invasives de l’élasticité artérielle au sein de populations particulières au Cameroun.<p>C’est ainsi que nous avons investigué l’effet de l’anémie falciforme sur la rigidité artérielle et la réflexion de la courbe de pression aortique. L’hypothèse testée était que les complications cardiovasculaires couramment rapportées chez les drépanocytaires seraient dues à l’altération des propriétés viscoélastiques de leur paroi artérielle. Cette seconde partie de nos travaux nous a permis de démontrer que les patients drépanocytaires souffrant de la forme homozygote d’anémie falciforme (SS) ont des artères centrales aortiques très souples et des artères périphériques musculaires moins rigides. En effet, leur VOP est ralentie et leurs ondes de réflexion de la périphérie vers l’aorte sont fortement atténuées en comparaison aux contrôles sains (AA). L’anémie falciforme et la pression artérielle moyenne (PAM) sont apparues comme étant des déterminants indépendants de l’état d’élasticité aortique dans notre population d’étude (SS et AA). Cette étude a révélé toutefois une accélération paradoxale des VOP radiale et aortique dans les zones de basse pression artérielle, suggérant un effet délétère vasculaire de l’hypotension artérielle sévère chronique sur la paroi aortique.<p><p>Enfin, dans le troisième volet de notre travail, nous avons évalué l’effet du mode de vie chasseurs-pêcheurs-cueilleurs sur l’état d’élasticité aortique des pygmées traditionnels (TP) Camerounais. Nos travaux révèlent que ces TP ont des artères plus élastiques illustrées par une faible accélération de leur VOP aortique, comparée à celles des pygmées contemporains (CP) et des agriculteurs bantous partageant le même environnement semi-urbain et soumis tous à un mode de vie de type occidental. Fait important, cette faible accélération de la VOP aortique des TP est indépendante de la PAM et de leur âge chronologique qui en constituent pourtant des déterminants majeurs classiques bien documentés. Par contre, cette différence d’élasticité aortique entre TP, CP et bantous s’estompe nettement après correction pour le poids corporel.<p>Dans le même ordre d’idées, nous avons également démontré qu’en dépit de leur petite taille, les pygmées traditionnels réfléchissent leurs ondes de pression de la périphérie vers l’aorte avec une amplitude similaire à celle des pygmées contemporains et des bantous semi urbains.<p><p> <p>Conclusion.<p>Les résultats de nos travaux confortent la VOP comme marqueur de référence de la rigidité artérielle et suggèrent un vieillissement précoce de l’aorte chez les sujets noirs pouvant expliquer en partie la sévérité et la précocité des MCV couramment rapportées chez eux. Ce phénomène s’illustre notamment par l’accélération de la VOP aortique induite par l’isoproterenol chez les sujets noirs africains contrairement aux sujets caucasiens, chez qui la stimulation bêta-adrénergique par isoproterenol s’accompagne d’un ralentissement considérable de la VOP aortique. Cependant, l’état drépanocytaire pourrait atténuer et ralentir ce phénomène de vieillissement vasculaire précoce, ceci en dépit d’une accélération paradoxale de la VOP par l’hypotension artérielle chronique. Enfin, le mode de vie chasseurs-pêcheurs-cueilleurs protègerait l’aorte des pygmées traditionnels contre le risque de vieillissement prématuré, ceci indépendamment de la pression artérielle moyenne et de l’âge chronologique.<p> / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le virus Lassa entraine une fièvre hémorragique endémique en Afrique de l’Ouest et représente un problème de santé publique. Les connaissances sur la pathogénèse et les réponses immunitaires associées à la maladie sont partielles. Nous avons suivi les paramètres pathologiques, virologiques et immunologiques associés aux infections létales et non létales du LASV chez le singe cynomolgus. Le tableau clinique a été caractérisé par une dépression, une anorexie, une perte de poids et une asthénie chez les animaux survivants, tandis que ces mêmes symptômes ont été accompagnés de fièvre, de difficultés respiratoires et d’épistaxis chez les animaux infectés par une dose létale. Seuls ces derniers ont montré une perturbation des paramètres de coagulation, une rhabdomyolyse et une hausse des marqueurs de lésions rénales. Nous avons observé un tropisme radicalement différent en fonction de la sévérité de la maladie, avec une dissémination virale dans les organes plus importante et plus rapide chez les animaux décédés, la présence de particules infectieuses plus nombreuses et des modifications anatomopathologiques plus sévères. Une réponse immunitaire innée et adaptative précoce et puissante a été associée avec le contrôle de l’infection et la survie tandis que les infections fatales ont été caractérisées par une réponse inflammatoire ressemblant au choc septique, une défaillance de la réponse immunitaire ainsi qu’une réplication virale incontrôlée. Cette étude permet d’améliorer nos connaissances de la pathogénèse de la fièvre de Lassa et d’apporter des marqueurs d’infection prédictifs de la maladie / Lassa virus causes a hemorrhagic fever endemic in West Africa and represents a threat for civilians. The pathogenesis and the immune responses associated with the disease are poorly understood. We followed pathological, virological and immunological parameters associated with fatal and non-fatal Lassa virus infection in the cynomolgus monkey. The clinical picture was characterized by depression, anorexia, weight loss and asthenia in survivors whereas the same symptoms were supported by fever, respiratory difficulties and epistaxis in animals infected with the lethal dose. Only fatalities have shown coagulation parameters dysfunction, rhabdomyolysis and an increase of renal function markers. We observed a different viral tropism in a function of the disease severity, with viral dissemination in organs that was more important and faster in fatalities, the appearance of numerous infectious particles number and more severe pathologic changes. Early and robust innate and adaptive immune response has been associated with the control of infection and recovery whereas fatal infections were characterized by a sepsis like inflammatory response, defective immune response as well as uncontrolled viral replication. This study sheds light on the pathogenesis of Lassa fever and reveals infection markers predictive of the disease outcome

Le principal objectif de ce travail est l’étude de l’influence de la pesanteur sur la mécanique <p>respiratoire et le contrôle de la respiration, ainsi que sur les interactions cardio-respiratoires pendant les différents stades du sommeil. <p><p>Le chapitre introductif présente le contexte général et les objectifs de la thèse. Des sections abordant le sommeil, la respiration, et l’interaction cardio-respiratoire y sont présentées, résumant l’état actuel des connaissances sur les effets de la pesanteur sur chacun de ces systèmes. <p>Dans le deuxième chapitre, l’expérience “Sleep and Breathing in microgravity”, qui constitue la source des données à la base de ce travail, est présentée en détail. <p>L’étude des signaux de longue durée requiert avant tout de disposer d’outils performants <p>d’analyse des signaux. La première partie de la thèse présente en détail deux algorithmes :un <p>algorithme de détection automatique d’événements respiratoires (inspiration / expiration) <p>basé sur des réseaux neuronaux artificiels, et un algorithme de quantification de l’amplitude <p>et de la phase de l’arythmie sinusale pendant le sommeil, utilisant la méthode des ondelettes. <p>La validation de chaque algorithme est présentée, et leur performance évaluée. Cette partie <p>inclut aussi des courtes introductions théoriques aux réseaux de neurones artificiels ainsi <p>qu’aux méthodes d’analyse temps–fréquence (Fourier et ondelettes). <p>Une approche similaire à celle utilisée pour la détection automatique d’événements respiratoires a été appliquée à la détection d’événements dans des signaux de vitesse du sang <p>dans l’artère cérébrale moyenne, mesures obtenues par Doppler transcrânien. Ceci est le <p>sujet de la thèse annexe. <p>Ces deux algorithmes ont été appliqués aux données expérimentales pour extraire des <p>informations physiologiques quant à l’impact de la pesanteur sur la mécanique respiratoire et <p>l’interaction cardio-respiratoire. Ceci constitue la deuxième partie de la thèse. Un chapitre <p>est consacré aux effets de l’apesanteur sur la mécanique respiratoire pendant le sommeil. <p>Ce chapitre a mis en évidence, pour tous les stades de sommeil, une augmentation de la <p>contribution abdominale en microgravité, suivi d’un retour progressif vers des valeurs observées avant le vol. L’augmentation initiale était attendue, mais l’adaptation progressive <p>observée ne peut pas être expliquée par un effet purement mécanique, et nous suggère la <p>présence d’un mécanisme d’adaptation central. Un deuxième chapitre présente les résultats <p>comparant l’arythmie sinusale pendant le sommeil avant le vol, en apesanteur et après le retour sur terre. Le rythme cardiaque pendant le sommeil dans l’espace présente une moindre <p>variabilité. Les différences NREM–REM observées sur terre pour les influences vagales et sympathiques sont accentuées dans l’espace. Aucun changement significatif n’est présent pour <p>le gain et la différence de phase entre les les signaux cardiaque et respiratoire en comparant <p>le sommeil sur terre et en apesanteur. <p>La dissertation termine par une discussion générale du travail effectué, incluant les prin- <p>cipales conclusions ainsi que les perspectives qui en découlent. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Introduction – Objectives. The cardiovascular system is in direct and constant interaction with its environment. Exposure to various environmental parameters, such as low temperature, air pollution and tobacco smoke, has been strongly associated with serious or even fatal cardiovascular outcomes. Arterial stiffening and greater wave reflection are age-related vascular modifications that lead to an increased risk of cardiovascular events. The aim of this work was to explore the relationship between selected environmental factors and arterial elastic properties in an effort to elucidate the underlying mechanisms that link these factors to increased cardiovascular mortality.<p><p>Study 1: Effects of cold exposure on central and peripheral vascular tone. Our first study explored the effects of cold exposure on aortic stiffness and peripheral microvascular tone. We observed that cold exposure, in addition to its chronotropic effects, provoked an increase in aortic stiffness, as assessed by aortic pulse wave velocity, as well as significant vasoconstriction of peripheral arterioles in the microcirculation. Moreover, we explored the magnitude of this effect in a different population (Black subjects of African origin), which is traditionally characterized by exaggerated reactions to adrenergic stimuli. We noted that the vascular reactions, in terms of both aortic stiffness and microvascular vasoconstriction, were more profound in Black Africans than in age-matched Caucasian-Whites. These results argue for a direct effect of cold exposure on arterial stiffness and peripheral vascular tone, probably through activation of the orthosympathetic system.<p><p>Study 2: Exposure to ambient particulate matter and arterial stiffness. We explored the effects of acute exposure to outdoor particulate matter on aortic stiffness and aortic wave reflection. We studied the relationship between central hemodynamic parameters and ambient concentration of particulate matter in a population of patients who attended the Hypertension Clinics of Athens University. After statistical correction for a number of potential confounders, we did not observe an association between ambient concentrations of particulate matter and aortic stiffness. However, in men, particulate matter concentration was related to the amplitude of the reflected wave reaching the aorta from the periphery. These results suggest a direct acute interaction between particulate matter concentration and vascular tone, leading to an enhanced arterial wave reflection.<p><p>Study 3: The role of nicotine on the vascular effects of environmental tobacco smoke. Environmental tobacco smoke is considered as the most important source of particulate matter in the indoor environment. We recently demonstrated that exposure to tobacco smoke augmented wave reflection, an effect that was not seen after equivalent exposure to the smoke of non-tobacco, herbal cigarettes. We also noticed that the increased wave reflection was proportional to the plasma concentrations of nicotine. However, a direct causal effect between nicotine, arterial wave reflection and aortic stiffness has never been clearly demonstrated. We observed that increasing nicotine plasma concentration to levels comparable to those seen after extensive exposure to environmental tobacco smoke, provoked an increase in both aortic stiffness and arterial wave reflection after correction for heart rate and blood pressure changes. These results confirm the significant participation of nicotine in the vascular effects of passive smoking.<p><p>Conclusions. Globally, our results reveal the deleterious effects of cold, particulate matter exposure, and nicotinic stimulation on arterial stiffness, peripheral microcirculation and aortic wave reflection. The hemodynamic modifications associated with these effects may at least partially explain the causal relation between cold exposure, ambient air pollution and cardiovascular mortality.<p><p>Introduction-Objectifs. Le système cardiovasculaire est en relation directe et constante avec l’environnement. L’exposition au froid, la pollution atmosphérique et le tabagisme passif sont associés à des événements cardiovasculaires aigus graves et même fatals. La rigidification des artères et l’intensification de la réflexion de l’onde de pouls au niveau de l’aorte accompagnent le vieillissement et prédisent un risque cardiovasculaire accru. Nous avons testés l’hypothèse que les effets cardiovasculaires délétères des facteurs environnementaux comportent une altération des propriétés élastiques artérielles. Ceci pourrait être un des mécanismes physiopathologiques qui lie la mortalité cardiovasculaire aux variables environnementales.<p><p>Étude 1 :Exposition au froid ;effets centraux et périphériques. Notre première étude portait sur l’effet de l’exposition au froid sur la rigidité aortique et le tonus vasculaire des artérioles périphériques. Nous avons démontré que l’exposition au froid, hormis ses effets chronotropes, provoquait une augmentation de la rigidité artérielle – mesuré par la vitesse de l’onde de pouls au niveau de l’aorte - ainsi qu’une vasoconstriction importante au niveau des artérioles de la microcirculation. Nous avons ensuite déterminé l’amplitude de cet effet dans une autre population (sujets Africains-Noirs) qui se caractérise par des réactions plus prononcées aux différentes stimulations adrénergiques. Nous avons observé que les réactions vasculaires, tant au niveau de la rigidité aortique qu’au niveau de la microcirculation, étaient plus marquées chez les Africains-Noirs que chez les Caucasiens. Ces résultats révèlent un effet délétère de l’exposition au froid sur la rigidité aortique et le tonus vasculaire des artères périphériques, probablement via une activation du système orthosympathique.<p><p>Étude 2 :Exposition aux microparticules atmosphériques et rigidité artérielle. Nous avons ensuite investigué les effets de la pollution atmosphérique sur la rigidité artérielle et la réflexion de l’onde de pouls vers l’aorte. Nous avons étudié la relation entre les paramètres hémodynamiques centraux et la concentration atmosphérique de microparticules dans une population de patients qui ont consulté la Clinique Universitaire d’Hypertension Artérielle d’Athènes. Après correction statistique pour les facteurs confondants, nous n’avons pas observé de corrélation entre la rigidité artérielle et le taux de microparticules atmosphériques dans l’ensemble de la population investiguée. Par contre, si on restreint l’analyse aux résultats obtenus chez les sujets masculins, on s’aperçoit que la concentration atmosphérique de microparticules était associée de façon significative avec l’amplitude de l’onde réfléchie par la périphérie vers l’aorte et la pression pulsée aortique. Ces résultants suggèrent un effet direct des microparticules au niveau de la microcirculation. L’augmentation de l’amplitude de l’onde réfléchie consécutive à une vasoconstriction périphérique, modifie vraisemblablement les pressions au niveau de l’aorte chez le sujet masculin lors de pics de pollution.<p><p>Etude 3 :Le rôle de la nicotine dans les effets vasculaires du tabagisme passif. Le tabagisme passif est considéré comme la source la plus importante d’émission de microparticules au niveau domestique. Cependant, la composition chimique des particules semble jouer un rôle essentiel sur les ondes de réflexion. Nous avons démontré récemment que l’exposition passive à la fumée des cigarettes du tabac augmente l’intensité de la réflexion de l’onde de pouls. Ceci n’a pas été observé avec l’exposition à la fumée des cigarettes non tabagiques, en dépit d’une concentration ambiante tout à fait comparable de microparticules. Par ailleurs, nous avons observé que l’augmentation de l’incidence de l’onde de pouls au niveau de l’aorte était fortement associée à la concentration plasmatique de la nicotine. Un lien causal entre la nicotine, réflexion de l’onde de pouls et rigidité artérielle n’avait jamais clairement été établi. Nous avons testé cette hypothèse en administrant la nicotine pure chez des sujets sains. Nous avons observé que l’augmentation des taux plasmatiques de la nicotine à des valeurs comparables à celles qui surviennent après une exposition intensive au tabagisme passif, intensifiait la réflexion de l’onde de pouls et augmentait la rigidité artérielle. La correction statistique pour l’augmentation de la fréquence cardiaque et l’augmentation de la pression artérielle en réponse à la nicotine ne modifiait pas ces conclusions. Nos résultats démontrent ainsi les effets cardiovasculaires importants de faibles concentrations de nicotine, similaires à ceux qui sont atteints en cas d’exposition à un tabagisme passif.<p><p>Conclusions. Nos résultats révèlent les effets néfastes de l’exposition au froid et aux microparticules atmosphériques sur la rigidité artérielle, la microcirculation périphérique et la réflexion de l’onde de pouls. Nous avons pu également démontrer le rôle de la stimulation nicotinique dans les effets vasculaires aigus du tabagisme passif, comme en témoigne l’augmentation de la réflexion de l’onde de pouls au niveau aortique. Ces modifications hémodynamiques favorisent l’ischémie myocardique, et constituent un des mécanismes par lesquels l’exposition au froid et à la pollution atmosphérique favorisent la pathologie cardiovasculaire.<p> / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Epileptic syndromes with continuous spikes and waves during slow sleep (CSWS) are age-related epileptic encephalopathy characterized by the development of various psychomotor regressions in close temporal concordance with the appearance of the electroencephalogram (EEG) pattern of CSWS (Tassinari et al. 2000). This EEG pattern consists in sleep-related activation and diffusion of spike-wave discharges during usually more than 85% of non-rapid eye movement (non-REM) sleep (Tassinari et al. 2000). <p>A minority of the CSWS cases has been associated to cortical or thalamic lesions (symptomatic cases), while in the other cases, the aetiology is unknown. We reported two families combining benign childhood epilepsy with centro-temporal spikes (BCECS), which is the most common form of idiopathic epilepsy in childhood, and cryptogenic epilepsy with CSWS in first-degree relatives. As idiopathic epilepsies are by definition epilepsies related to a genetic predisposition, these data suggests the existence of a continuum ranging from asymptomatic carriers of centro-temporal spikes to cryptogenic epilepsies with CSWS. This hypothesis is further supported by common clinical characteristics between BCECS and epilepsies with CSWS (Fejerman et al. 2000).<p>Epileptic syndromes with CSWS are characterized by an acute phase defined by the emergence of psychomotor deficits, various types of seizures and CSWS activity at around three to eight years of age (Holmes and Lenck-Santini, 2006; Veggiotti et al. 2001). This acute phase is followed by a recovery phase in which patients’ clinical condition improves together with the remission of CSWS pattern, which spontaneously occur at around 15 years of age but may be prompted by using antiepileptic drugs (AED) including corticosteroids (Holmes and Lenck-Santini, 2006; Veggiotti et al. 2001). This biphasic evolution suggests that CSWS activity largely contributes to the psychomotor deficits observed in these patients (Holmes and Lenck-Santini, 2006; Van Bogaert et al. 2006). However, some authors still consider CSWS activity as an epiphenomenon reflecting the underlying brain pathology, rather than the direct cause of the psychomotor regression (Aldenkamp and Arends, 2004). The pathophysiological mechanisms of how CSWS activity could actually lead to psychomotor regression are still poorly understood.<p>Functional cerebral imaging techniques such as positron emission tomography (PET) or functional magnetic resonance imaging (fMRI), represent unique ways to non-invasively study the impact of epileptic activity on normal brain function. The PET technique using [18F]-fluorodeoxyglucose (FDG) gives information about the regional neuronal glucose consumption via the neurometabolic coupling while the fMRI technique studies the regional perfusional changes directly related to specific events of interest via the neurovascular coupling. We applied both FDG-PET and EEG combined with fMRI (EEG-fMRI) techniques to epileptic children with CSWS to better approach the functional repercussions of CSWS activity on neurophysiological functions and to determine the potential pathophysiological link between CSWS activity and psychomotor regression.<p>In a first FDG-PET study, we determined the regional cerebral glucose metabolic patterns at the acute phase of CSWS in 18 children. We found three types of metabolic patterns: the association of focal hypermetabolism with distinct hypometabolism in 10 patients, focal hypometabolism without any associated area of increased metabolism in five children, and the absence of any significant metabolic abnormality in three patients. The hypermetabolic brain areas were anatomically related to an EEG focus. This anatomical relationship was clearly less consistent for hypometabolic regions. The metabolic abnormalities involved mainly the associative cortices. The metabolic heterogeneity found in these children could be due to the use of corticosteroids before PET as it was significantly associated with the absence of focal hypermetabolism. At the group level, patients with at least one hypermetabolic brain areas showed significant increased metabolism in the right parietal region that was associated to significant hypometabolism in the prefrontal cortex. This finding was interpreted as a phenomenon of remote inhibition of the frontal lobes by highly epileptogenic and hypermetabolic posterior cortex. This hypothesis was supported by effective connectivity analyses which demonstrated the existence of significant changes in the metabolic relationship between these brain areas in this group of children compared to the control group or to the group of children without any significant hypermetabolic brain area. <p>This remote inhibition hypothesis would be reinforced by the demonstration, at the recovery phase of CSWS, of a common resolution of hypermetabolism at the site of epileptic foci and hypometabolism in distant connected brain areas. We thus performed a second FDG-PET study to determine the evolution of cerebral metabolism in nine children recovering from CSWS. At the acute phase of CSWS, all children had a metabolic pattern characterized by the association of focal hypermetabolism with distinct focal hypometabolic areas. The evolution to CSWS recovery was characterized by a complete or almost complete regression of both hypermetabolic and hypometabolic abnormalities. At the group level, the altered effective connectivity found at the acute phase between focal hypermetabolism (centro-parietal regions and right fusiform gyrus) and widespread hypometabolism (prefrontal and orbito-frontal cortices, temporal lobes, left parietal cortex, precuneus and cerebellum) markedly regressed at recovery. These results were of particular interest because they strongly suggested that the metabolic abnormalities observed during the acute phase of CSWS were mainly related to the neurophysiological effects of CSWS activity and not to the underlying cause of the epileptic disease. Moreover, this study confirmed that phenomena of remote inhibition do occur in epileptic syndromes with CSWS. <p>EEG-fMRI is a functional cerebral imaging technique that allows non-invasive mapping of haemodynamic changes directly associated to epileptic activity. In a first EEG-fMRI study, we determined the clinical relevance of the perfusional changes linked to interictal epileptic discharges in a group of seven children with pharmacoresistant focal epilepsy. This study showed that the EEG-fMRI technique is a promising tool to non-invasively localize the epileptic focus and its repercussion on normal brain function in children with epilepsy. Then, to further demonstrate the involvement of CSWS activity in the neurophysiological changes detected by FDG-PET, we used the EEG-fMRI technique to study the perfusional changes directly related to the epileptic activity in an epileptic girl with CSWS. This patient developed a cognitive and behavioural regression in association with a major increase in frequency and diffusion of the spike-wave discharges during the awake state (spike index: 50-75%) and non-REM sleep (spike index: 85-90%). The patient’s neuropsychological profile was dominated by executive dysfunction and memory impairment. During runs of secondarily generalized spike-wave discharges, EEG-fMRI demonstrated deactivations in the lateral and medial fronto-parietal cortices, posterior cingulate gyrus and cerebellum together with focal relative activations in the right frontal, parietal and temporal cortices. These results suggested that the neuropsychological impairment in this case could be related to specific cortical dysfunction secondary to the spread of the epileptic activity from focal hypermetabolic foci. <p>Taken together, both FDG-PET and EEG-fMRI investigations performed in epileptic children with CSWS have shown increases in metabolism/perfusion at the site of the epileptic focus that were associated to decreases in metabolism/perfusion in distinct connected brain areas. These data highly suggest that the neurophysiological effects of CSWS activity are not restricted to the epileptic focus but spread to connected brain areas via a possible mechanism of surrounding and/or remote inhibition. This mechanism is characterised by an epilepsy-induced inhibition of neurons that surround or are remote from the epileptic focus and connected with it via cortico-cortical or polysynaptic pathways (Witte and Bruehl, 1999). The existence of surrounding and remote inhibition phenomena have been well documented in different types of animal models of focal epilepsy using various functional cerebral imaging methods such as autoradiography or optical imaging (Bruehl et al. 1998; Bruehl and Witte, 1995; Witte et al. 1994). Their occurrence in human epilepsy have also been suspected in temporal or extra-temporal lobe epilepsies using FDG-PET, EEG-fMRI or single photon emission computed tomography (SPECT) (Blumenfeld et al. 2004; Schwartz and Bonhoeffer, 2001; Van Paesschen et al. 2003; Van Paesschen et al. 2007). Moreover, the demonstration of the regression of distant hypometabolic areas after surgical resection or disconnection of the epileptic focus further suggest that such inhibition mechanism do occur in epilepsy (Bruehl et al. 1998; Jokeit et al. 1997). On a clinical point of view, the demonstration of the existence of such inhibition mechanisms in epilepsies with CSWS brings new important insights for the understanding of the pathophysiological mechanisms involved in the psychomotor regression observed in these conditions. Indeed, these data highly suggest that the psychomotor regression is not only related to the neurophysiological impairment at the site of the epileptic foci but also to epilepsy-induced neurophysiological changes in distant connected brain areas. <p><p> / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished