Cours 7 : Chronobiologie et rythmes biologiques Flashcards
Chronobiologie définition
domaine qui étudie les variations des phénomènes vitaux chez les organismes vivants en fonction du temps
Chronobiologie chez lêtre humain
Plusieurs fonctions physiologiques, psychologiques et comportementales suivent un rythme et sont soumises à une régulation précise
Androsthènes, 4e siècle av. J.C.
- Premier à décrire un mouvement des feuilles de tamarin selon la position du soleil (mouvement suivant une périodicité)
- Réponse au stimulus
De Mairan, 1729
- Mouvement des feuilles de mimosa dans l’obscurité sur une période quotidienne. La plante fait le même mouvement si exposé au soleil ou non.
- Conclusion : c’est parce que la plante continue à percevoir les rayons de soleil (ce qui n’est pas le cas)
Carolus Linnaeus, 1751
- Horloge florale de Linné : disposition jardinière en forme d’horloge de fleurs dont l’ouverture survient à l’heure indiquée sur l’horloge.
- Donc, présence d’horloge biologique au sein du vivant
- Certains végétaux fonctionnent selon une période : on réalise qu’il y a une horloge endogène au sein du vivant.
Augustin de Candolle, 1832
- Mouvement des feuilles de mimosa dans l’obscurité sur une période de 22-23 heures
Rythme circadien endogène définition
Il existe à l’intérieur des organismes vivants une horloge biologique/horloge endogène (à l’intérieur du corps, généré par notre propre organisme) qui suit un décours temporel s’apparentant à celui du cycle lumière-obscurité de la Terre (autour de 24h, mais pas tout à fait)
Jurgen Aschoff & Rutger Wever, 1962
- Première étude avec des volontaires vivants dans une cave en absence d’indices environnementaux. Première étude avec des humains : montré que certaines fonctions physiologiques varient dans le temps
Michel Siffre, 1962
- Vécu seul dans une caverne souterraine pendant deux mois. Michel pense que ça fait juste 1 mois qu’il était dans la grotte.
Le cycle veille-sommeil : en isolation d’indicateur du temps
Le cycle de sommeil sans synchroniseur chez l’être humain évoluera sur plusieurs mois vers un cycle de 30 à 36 heures.
Isolement temporel : le cycle se décale à chaque jour et allongement du cycle.
Qu’est-ce que les rythmes biologiques?
Les fonctions physiologiques, comportementales et psychologiques qui varient de manière périodique (sinusoïdale)
Quelques exemple de fonctions qui varient selon un rythme biologique
1- La température corporelle 2- L'erreur dans l'acomplissement d'une tâche 3- La mélatonine 4- Le cortisol 5- Hormone de croissance
Chez quelles espèces est-ce que les rythmes biologiques existent? Étudié surtout chez?
Les rythmes biologiques existent chez tous les êtres vivants, des bactéries à l’être humain. Très étudié chez la drosophile, la souris, le singe et l’être humain
Quelles sont les trois catégories de rythmes biologiques (en fx de leur période)?
1- Les rythmes circadiens
2- Les rythmes ultradiens
3- Les rythmes infradiens
Les rythmes circadiens caractéristique
Période de 24 heures : observé chez la plupart des êtres vivants.
Rythme d’environ une journée
Les rythmes ultradiens caractéristique
Courte période : quelques secondes à quelques heures
Les rythmes infradiens caractéristique
Période supérieure à 24 heures
Rythmes circadiens exemples
- Cycle veille-sommeil
- Mélatonine
- Température corporelle
- Rythme cardiaque
- Pression sanguine
- Hormone de croissance
- Cortisol (L’hormone du stress)
- Volume urinaire
Rythmes ultradiens exemples
Le cycle de sommeil, les stades de sommeil, REM vs NREM
Rythmes infradiens exemples
Adaptation saisonnière de l’organisme à l’environnement (ex. comportement reproducteur annuel de certaines espèces animales). Cycle menstruel chez la femme
Variations comportementales/psychologiques qui varient selon une variation circadienne
- Vigilance (même après une privation de sommeil : il y a encore une modulation circadienne au niveau de la vigilance, même chose pour la somnolence)
- Performances cognitives
- Somnolence
- Fatigue
Que font les différents rythmes biologiques entre eux?
Ils se synchronisent
Que peut occasionner une déstabilisation de nos rythmes biologiques et que cela démontre-t-il?
- Jet Lag : décalage horaire (désynchronisation des rythmes circadiens avec l’environnement
- Démontre que nos rythmes sont bel et bien synchroniser avec l’environnement
Notre horloge biologique peut-elle s’ajuster à un nouvel horaire?
Oui, mais elle a besoin d’un certain temps. Elle est tout de même plastique
Que peut entraîner des désynchronisation fréquente avec l’environnement comme le travail de nuit?
Plus de troubles de santé, y compris une prévalence plus importante de cancer.
Étude sur les souris montrent décalage horaire fréquent : mort prématuré
Effets déstabilisation des rythmes biologiques
- Fatigue
- Cycle veille-sommeil complètement déstabilisé
- Désynchronisé
- Trop faim, pas faim
Quelle structure du cerveau est à l’origine des variations dans le temps de certaines fonctions?
L’horloge maître qui se trouve au niveau de l’hypothalamus.
Les horloges dans les autres tissus sont nommés horloges secondaires
Horloge biologique interne : oscillateur définition
Structure générant une fluctuation rythmique
Quelle région régit l’horloge maître?
Les noyaux suprachiasmatiques
Rythmicité de l’horloge biologique
Pas exactement de 24heures. Entre 24h30 et 25h30 : variation inter-individuelle
L’horloge biologique est régulée par 3 principaux synchronisateurs (indicateur de temps)
1- Alternance jour/nuit : lumière = le plus important de nos indicateurs de temps
2- Activités physiques et sociales
3- Heures de repas
Terme Zeitgeber définition
Terme utilisé pour parler des indices temporelles environnementales qui peuvent synchroniser un oscillateur.
entraînement circadien définition
l’horloge interne se synchronise avec le cycle lumière-obscurité de la Terre.
Quand on s’adapt au rythme du jour = entraînement circadien
Quel est le Zeitgeber le plus important pour l’horloge biologique maître?
La lumière (artificielle ou naturelle)
NSC =?
Horloge biologique maître
Une ou des horloges?
Il existe plusieurs horloges dans notre corps, l’une que l’on dit principale et les autres que l’on nomme secondaires.
Des interactions interviennent donc entre l’horloge biologique principale et les horloges dites secondaires.
Quel est le rôle de NSC
Elles sont le chef d’orchestre des différents tissus (horloges périphériques) : foie, muscles squelettiques, tissus adipeux, pancréas.
- Communication via la sécrétion hormonale & les systèmes de neurotransmission
Qu’arrive aux singes lorsqu’on leur fait une ablation des noyaux suprachiasmatiques en isolation de zeitgebers?
Absence de rythme circadien endogène.
Une ablation des noyaux suprachiasmatiques entraine une perte de la fonction sinusoïdale sur 24h.
Section des nerfs optiques : qu’arrive-t-il avec le rythme circadien endogène?
Si la lumière ne parvient pas aux NSC, le cycle veille-sommeil n’arrive pas à se synchroniser avec la lumière
Lésion des noyaux suprachiasmatiques : qu’arrive-t-il avec le rythme circadien endogène?
Si les NSC sont lésés, même s’il y a de la lumière, les processus de synchronisation ne sont plus optimaux - plus de rythme circadien
Section des tractus optiques : qu’arrive-t-il avec le rythme circadien endogène?
Si une lésion est faite au-delà de l’endroit ou sont situés les NSC (ex: tractus optique), cela n’empêche pas le cycle veille-sommeil e se synchroniser avec la lumière
2 systèmes de détection de la lumière
1- Système visuel
2- Système non-visuel/circadien
Système visuel
- Formation des images
- Cônes & Bâtonnets
- Sensibilité maximale : 550nm (vert)
Système non-visuel/circadien
- Modulation de plusieurs fonctions physiologiques, psychologiques et comportementales fondamentales
- Détection de l’irradiance, de la luminosité, dans l’environnement
- Cellules ganglionnaires à mélanopsine
- Sensibilité maximale : environ 480nm (longueur d’ondes + courtes : bleu)
Cellules ganglionnaires rétiniennes à mélanopsine
Différentes des autres cellules ganglionnaires (moins d’1% des cellules ganglionnaires de la rétine)
- Les cellule à mélanopsine sont photosensibles (elles répondent à la lumière)
- Elles prennent un certain temps avant de commencer à décharger
- Leur réponse persiste après la fermeture du stimulus lumineux
Le réseau neuronal non-visuel : Les cellules à mélanopsine projettent via la voie ? vers ?
Via la voie rétino-hypothalamique (VRH), ers :
- NSC (horloge biologique maître),
- Aire préoptique ventrolatérale (VLPO),
- Noyau olivaire prétectal (OPN)
Les études ont montré + de sensibilité pour les réponses visuelles sous exposition à quelles lumières?
Les études ont montré + de sensibilité pour les réponses non-visuelles sous exposition à des lumières à longueur d’onde courtes (bleu) VS plus longues (vert, orangé, rouge) pour plusieurs variables
Effets de l’exposition à la lumière bleue
- Suppression immédiate de la sécrétion de mélatonine
- Augmentation de la vigilance
- Modulation des réponses cérébrales cognitives
(Lorsque l’on est exposé à de la lumière blanche enrichie en bleu ou à de la lumière monochromatique bleue, notre vigilance et nos temps de réaction sont bonifiés).
Impact de la lumière sur les réponses cérébrales non-visuelles chez l’être humain
1- L’exposition à la lumière, particulièrement à la lumière bleue, est relié à une augmentation des activations cérébrales liées à la tâche non-visuelle en cours (émotionnelle, attentionnelle et cognitive).
2- Les activations cérébrales progressent des structures sous-corticales liées à la vigilance telles que le thalamus (bleu), l’hypothalamus (vert) et le tronc cérébral (jaune), vers les régions corticales engagées dans la tâche en cours (rouge).
Mesures objective pour le cycle veille-sommeil et exposition à la lumière
Actigraphie
Utiliser la lumière pour modifier ses heures de coucher et de lever (cycle veille-sommeil)
- Lumière et entraînement circadien
- Courbe réponse de phase
- Délai et avance de phase
- Point pivot : degré C min & max
Utilisation de la lumière : intervention non-invasive
Lumière et entraînement circadien
- Utilisation de la lumière pour moduler le cycle veille-sommeil (dépression saisonnière)
- Personnes âgées en institution et exposition à des niveaux adéquats de lumière - effet positif sur la cognition
- Nouvelles recherches pour développer des traitements pour divers troubles neurodégénératifs (Parkinson, Alzheimer)
Thérapie de remplacement de mélatonine
- L’administration de mélatonine augmente la somnolence le jour
- Administration de mélatonine avant l’heure du coucher chez les personnes âgées insomniaques : résultats mixtes. Certaines études montrent un effet bénéfique alors que d’autres pas.
- Administration ponctuelle (voyage, trouble de sommeil passager)
- Utilisation chez les non-voyants
- Efficacité variable, d’un individu à l’autre, pour une même personne à différents moments
Mélatonine et entraînement circadien (évitez l’auto-médication)
- Puissant anti-oxydant endogène
- Voie orale pour induire avance ou délai de phase
- Pratique pour éviter le jet-lag
- Tx utilisé pour certains individus avec déficit de la vue
- Si cycle veille-someil irrégulier
