Cours 7 - Chronobiologie et rythmes biologiques Flashcards
Définition: chronobiologie
Domaine qui étudie les variations des phénomènes vitaux chez les organismes vivants en fonction du temps
La chronobiologie chez l’être humain
Plusieurs fonctions physiologiques, psychologiques et comportementales suivent un rythme et sont soumises à une régulation précise
Androsthènes, 4e siècle av. J.C
- Mouvement des feuilles de tamarin selon la position du soleil
- Réponse au stimulus
De Mairan, 1729
Mouvement des feuilles de mimosa dans l’obscurité sur une période quotidienne
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; présence d’horloge biologique au sein du vivant
Augustin de Candolle, 1832
Mouvement des feuilles de mimosa dans l’obscurité sur une période de 22-23hrs
Rythme circadien endogène
Il semble y avoir une horloge biologique/endogène interne qui suit un décours temporel s’apparentant à celui du cycle lumière-obscurité de la Terre (autour de 24h, mais pas tout à fait) à l’intérieur du vivant
Jurgen Aschoff & Rutger Wever (1962)
Première étude avec des volontaires vivants dans une cave en absence d’indices environnementaux
Michel Siffre (1962)
- Vécu seul dans une caverne souterraine pendant deux mois
- Expériences : 1-1962; 2-1999
Cycle veille-sommeil
En isolation d’indicateur de temps; le cycle de sommeil sans synchroniseur chez l’être humain évoluera sur plusieurs mois vers un cycle de 30 à 36 h
Cycle veille-sommeil chez l’être humain
Les expériences ont donc révélé la présence d’une horloge biologique/endogène (à l’intérieur du corps) qui module certaines fonctions
Fonctions qui constituent les rythmes biologiques
Fonctions physiologiques, comportementales & psychologiques
Définition: rythme biologique
Variation périodique/cyclique d’une fonction particulière
Rythmes biologiques
- Représenté mathématiquement par une fonction sinusoïdale
- Existent chez tous les êtres vivants
- Peuvent être classés en fonction de leur période qui se superposent et se coordonnent
Périodes des rythmes biologiques
Les rythmes circadiens, ultradiens & infradiens
Les rythmes circadiens (journaliers/nycthéméraux)
- Période 24 heures
- Observés chez la plupart des êtres vivants
Les rythmes ultradiens
- Courte période; quelques secondes à quelques heures
- Ex: les stades de sommeil, REM vs NREM
Les rythmes infradiens
- Période supérieure à 24 heures
- Adaptation saisonnière de l’organisme à l’environnement
- Ex: comportement reproducteur annuel de certaines espèces animales
Quelques rythmes circadiens; fonctions physiologiques, comportementales & psychologiques
- Cycle veille-sommeil
- Mélatonine: hormone sécrétée par la glande pinéale/épiphyse la nuit, commence en fin de soirée (augmente la somnolence, hormone du sommeil)
- Température corporelle
- Rythme cardiaque
- Pression sanguine
- Hormone de croissance (sécrétée la nuit)
- Cortisol
- Volume urinaire
Autres fonctions qui présentent une variation circadienne
- Vigilance
- Performances cognitives
- Somnolence
- Fatigue
Lorsque les rythmes biologiques sont déstabilisés:
Décalage horaire et autres situations;
- Désynchronisation des rythmes circadiens avec l’environnement
- Notre horloge biologique a besoin d’un certain temps pour se réajuster à un nouvel horaire
Effets de la désynchronisation des rythmes circadiens avec l’environnement
- Fatigue
- Cycle veille-sommeil désynchronisé
- Trop faim / pas faim
Exemples négatifs de la désynchronisation des rythmes circadiens avec l’environnement
- Troubles de sommeil fréquents chez les travailleurs qui changent souvent d’horaire
- Travailleur de nuit: les études montrent plus de troubles de santé, y compris une prévalence plus importante de cancer dans ces populations (désynchronisation fréquente des r.c.)
- Études sur les souris montrent décalage horaire fréquent: mort prématurée (Davidson, 2008)
- Traitement cancer: efficacité plus importante chez certains individus lorsque le temps circadien a été considéré
Définition: oscillateur
Structure générant une fluctuation rythmique
Qu’est-ce qui constitue l’horloge maître?
Les noyaux suprachiasmatiques (NSC)
Mécanismes génétiques à la base du fonctionnement de l’horloge:
Gènes;
- BMAL
- PER
- CRY
- CLOCK
Les études animales permettent:
Confirmation de l’importance cruciale des NSC dans la rythmicité circadienne
Conclusions: études animales
Ablation des noyaux suprachiasmatiques en isolation de zeitgebers chez le singe = absence de rythme circadien endogène;
- Les NSC sont fondamentaux dans la rythmicité sur 24h des rythmes circadiens
- Une ablation/destruction de ceux-ci entrainent une perte de la fonction sinusoïdale sur 24h
Définition: horloge biologique
Rythmicité qui n’est pas exactement de 24h (variation inter-individuelle)
Par quoi est régulée l’horloge biologique?
Des synchroniseurs (indicateur de temps);
- Alternance jour/nuit (cycle lumière-obscurité de la Terre)
- Lumière
- Activités physiques et sociales
- Heures de repas
Définition: zeitgeber
Indice temporel environnemental pouvant synchroniser un oscillateur
Entraînement circadien
- L’horloge interne se synchronise avec le cycle lumière-obscurité de la Terre (cycle de 24h)
- Interaction avec les indicateurs de temps, surtout le soleil
Zeitgeber le plus important pour l’horloge biologique maître (NSC):
La lumière (naturelle ou artificielle)
Lésion de la voie rétino-hypothalamique :
- Section des nerfs optiques: rythme circadien endogène
- Lésion des noyaux suprachiasmatiques: absence de rythme circadien
- Section des tractus optiques: rythme circadien endogène
Une ou des horloges?
- Il existe plusieurs horloge dans notre corps, l’une que l’on dit principale (NSC) et les autres que l’on nomme secondaires
- Des interactions interviennent donc entre l’horloge biologique principale et les horloges dites secondaires
Indices environnementaux qui informent les horloges:
- Lumière
- Température
- Activités
- Prise de nourriture
Les NSC sont le chef d’orchestre des différents tissus (horloges périphériques):
- Foie
- Muscles squelettiques
- Tissus adipeux
- Pancréas
Comment se fait la communication entre les horloges périphériques?
Via la sécrétion hormonale & les systèmes de neurotransmission
2 systèmes de détection de la lumière
- Visuel
- Non-visuel/Circadien
Système visuel
Formation des images
Système non-visuel/circadien
- Modulation de plusieurs fonctions physiologiques, psychologiques & comportementales fondamentales
- Détection de l’irradiance, de la luminosité, dans l’environnement
Système visuel classique
- Formation des images
- Cônes & Bâtonnets
- Sensibilité maximale: 550nm (vert)
Système circadien ou non-classique/non-visuel
- Détection de l’irradiance
- Cellules ganglionnaires à mélanopsine (-1% CGR)
- Sensibilité maximale : ~480nm (bleu)
Chez quel animal ont d’abord été découvertes les cellules à mélanopsine?
La grenouille
Cellules ganglionnaires rétiniennes à mélanopsine
Différentes des autres cellules ganglionnaires;
- Photosensibles
- Prennent un certain temps avant de commencer à décharger
- Réponse persiste après la fermeture du stimulus lumineux
Le réseau neuronal non-visuel
Les cellules à mélanopsine projettent vers:
- NSC (horloge biologique maître)
- Aire préoptique ventrolatérale (VLPO)
- Noyau olivaire prétectal (OPN)
À travers quelle voie se fait la communication du réseau neuronal non-visuel?
Via la voie rétino-hypothalamique (VRH)
Réponses non-visuelles à la lumière et longueurs d’ondes
Exposition à de la lumière monochromatique bleue VS verte;
- + de sensibilité pour les réponses non-visuelles sous exposition à des lumières à longueurs d’onde courtes (bleu) VS plus longues (vert) pour plusieurs variables;
1. Suppression immédiate de la sécrétion de mélatonine
2. Augmentation de la vigilance
3. Modulation des réponses cérébrales cognitives
Conclusion: réponses non-visuelles à la lumière et longueur d’onde (Cajochen & Lockley)
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
- 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 & cognitive)
- Les activations cérébrales progressent des structures sous-corticales liées à la vigilance, telles que le thalamus, l’hypothalamus & le tronc cérébral, vers les régions corticales engagées dans la tâche en cours
Actigraphie
Mesure de l’histoire lumineuse/activité physique
Lumière & entraînement circadien
Utiliser la lumière pour modifier ses heures de coucher et de lever (cycle veille-sommeil);
- Courbe Réponse de Phase;
1. Délai et avance de phase
2. Point pivot: °C min & max
Exemples utilisation de la lumière (intervention non-invasive)
- Utilisation de la lumière pour moduler le cycle veille-sommeil
- Dépression Saisionnière
- Personnes âgées en institution et exposition à des niveaux adéquats de lumière = effet positif sur la cognition (Riemersma-van der Lek 2008)
- Nouvelles recherches pour développer des traitements pour divers troubles neurodégénératifs (Parkinson, Alzeimer)
Thérapie de remplacement de mélatonine
- Administration de mélatonine augmente la somnolence le jour
- Avant l’heure du coucher chez les personnes âgées insomniaques: résultats mixtes
1. Administration ponctuelle (voyage, trouble de sommeil passager)
2. Utilisation chez les non-voyants
3. Efficacité variable, d’un individu à l’autre, pour une même personne à différents moments
Mélatonine et entraînement circadien (éviter 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-sommeil irrégulier
