Sommeil et rythmes biologiques (Cours 2) Flashcards
Faire la description du sommeil
Définition : État réversible de sensibilité réduite, et d’interaction avec l’environnement; à l’inverse du coma ou de l’anesthésie (X immédiatement réversibles)
Le sommeil est universel :
À peu prêt tous les animaux + humains
L’homme passe 1/3 de sa vie à dormir, 1/4 à rêver :
Sommeil et le rêve aurait donc une fonction évolutive, sinon on y passerait pas autant de temps
Quels sont 2 autres types de rythmes que le circadien?
Rythme ultracadien : + rapide que circadien
Rythme infracadien : + lent que circadien
Qu’est-ce que les Algerbergh?
Autres rôles environnementaux jouant sur le cycle éveil/sommeil (tel que la lumière)
Que sont les rythmes circadiens?
Chronobiologie:
Étude des rythmes biologiques, soit des comportements ou des événements physiologiques qui vont fluctuer dans le temps et qui vont se répéter après une certaine période de temps (e.g. cycle menstruel, cycle éveil-sommeil, température corporelle, rythmes des naissances et de la mortalité, rythmes de la mélatonine, etc…).
Science relativement récente décrite seulement depuis les années 1970
Rythmes circadiens:
Circa = Relatif à, Die = jour.
Rythmes qui montrent une période d’environ un jour. Les rythmes qui ont été les plus étudiés jusqu’à maintenant. Ceci car en situation normale, ils vont fluctuer durant la journée et ses fluctuations vont se répéter à tous les jours.
Carl Von Linné et le rythme circadien
Lors des observations du monde végétal de Carl Von Linné (1707-1778), il observe que les fleurs de certaines plantes s’ouvrent et se ferment à des moments déterminés de la journée — rythmes circadiens avec des phases différentes — dans son ouvragePhilosophica Botanica(1751).
De là naquit l’idée qu’il serait possible de déduire une heure approximative à partir de l’observation du comportement de telle ou telle espèce florale.
En considérant un ensemble de fleurs choisies de façon adéquate, il était possible de constituer une horloge florale, ouhorologium florae,selon la terminologie utilisée par Linné.
Il a créé l’Horloge fleurale : disposition jardinière en forme d’horloge de fleurs dont l’ouverture survient à l’heure indiquée sur l’horloge, à Paris.
Les études de Mairan (1729) et de Candolle (1832)
de Mairan (1729) :
Physicien et botaniste, contemporain de Linné, a observé que les feuilles du mimosa ouvrait et fermait avec rythmicité (de 24h), ceci qu’il y ait de la lumière ou non. Il pensa alors que la plante réussissait à percevoir la lumière et ce, même dans l’obscurité (pas de sens ?!?).
Malchanceux : a découvert ce rythme circadien chez des plantes plutôt spéciales.
de Candolle (1832) :
A montré avec un autre type de plante semblable au minosa, mise dans l’obscurité, avait un cycle d’ouverture et de fermeture de ses feuilles d’un période de 22 heures, donc plus courte que le cycle du soleil qui dure 24 heures, se produisait en l’absence d’indices provenant de l’extérieur et devait relever d’une horloge biologique interne. (L’horloge serait remise à l’heure lorsque la plante est remise dans son environnement naturel)
Ouverture et la fermeture en obscurité constante se produit ~2 heures plus tôt chaque jour chez un autre type de plante (donc période de ~22 heures au lieu de 24 heures)
2 caractéristiques de ce rythme circadien :
-Endogène : existe en l’absence de tout indice cyclique extérieur
- Influence de mécanisme de synchronisation avec le milieu extérieur : en isolation, son rythme est raccourci et n’a plus une période d’exactement 24 heures comme en situation normale.
Pourquoi de Mairan n’a pas pu arrivé à la même conclusion de de Candolle?
Pourrait ne pas avoir mesurer la période du cycle précisément…
Chez l’être humain, plusieurs processus physiologiques varient au cours d’une journée de 24 heures, tels que la température corporelle, le rythme cardiaque, la pression sanguine, le cortisol, la mélatonine, etc..
Le cycle veille-sommeil du cycle circadien: Plusieurs pénomènes biologiques possèdent des rythmes circadiens chez l’humain….
- Vigilance
Absente au dodo, en forme de cloche
durant la journée - Température du corps
Chute la nuit, varie en journée - Hormone de croissance
Bas dans la journée, très haut la nuit - Cortisol
Très haut en mi-nuit, baisse durant
journée, remonte en mi-nuit - Potassium
Cycle formes cubiques, + bas la nuit, varie
le jour
Ont tous une période de 24h et sont, en partie, réguler de façon endogène par une horloge biologique interne, et en partie par des indices exogènes - synchronisés par des indices extérieurs.
Qu’est-ce qu’un oscillateur, un Zeitgeber? Décrire le cycle veille-sommeil en isolation de Zeitgebers.
Oscillateur :
Structure capable de générer une fluctuation rythmique (un rythme endogène (horloge biologique)) + se synchroniser avec des indices (Zeitgeber) temporels et environnementaux.
Manières de produire des oscillations dans le cerveau :
1- oscillateur endogène (cours sur motricité spinale) : le générateur central du rythme. Base de la locomotion chez l’homme. Il s’agit d’un oscillateur impliquant un petit réseau de neurones.
2-Le thalamus qui agit comme un pacemaker (oscillateur) qui synchronise les neurones du cortex.
Dans le cas du thalamus (contrairement au générateur central du rythme), certains neurones présentent un ensemble particulier de canaux ioniques dépendants du potentiel qui permet à chacun d’entre eux d’émettre des décharges rythmiques (de 2 à 4 Hz—ondes delta) y compris en l’absence d’influence extérieures à la cellule.
-> Chacun de ces neurones spéciaux du thalamus est donc un oscillateur en soi, sans qu’il y ait de réseaux de neurones qui permettent cette oscillation.
La synchronisation de l’activité rythmique de ces cellules thalamiques se fait par un mécanisme d’association. Les connexions synaptiques obligent chaque neurone à ajuster sa propre décharge au rythme de l’ensemble des neurones. Ces rythmes coordonnés sont alors transmis au cortex par des projections thalamocorticales qui excitent les neurones corticaux.
3- Pour le rythme circadien chez l’homme comme nous le verrons bientôt, c’est un petit noyau de l’hypothalamus—le noyau suprachiasmatique—qui sert d’oscillateur ou d’horloge biologique.
4- Cette horloge doit être en mesure de se synchroniser avec des facteurs environnementaux—Zeitgebers (Indice temporel environnemental pouvant synchroniser un oscillateur, le principal zeitgeber chez l’homme : la lumière), qui comprennent des stimuli comme la lumière du jour, le bruit ambiant la journée, les repas, etc. Difficile d’éliminer tous les zeitgeber dans une expérience chez l’humain.
Le comportement de tous les animaux terrestres est coordonné par un rythme circadien. Périodes variables en l’absence de zeitgeber, c’est-à-dire le rythme circadien autonome.
Cycle veille-sommeil en isolation de zeitgebers : (période endogène, autonome, de l’horloge bio)
Chez la souris : 23h
Chez le hamster : 23,6 h
Chez l’humain : Cycle de 24,5 à 25,5 h évoluant sur plusieurs mois vers un cycle de 30 à 36 h
Expérience en isolement de Dement et al. (1976)
Des sujets humains restaient dans une grotte pendant 2 mois.
10 premiers jours : conditions naturelles reproduites. Lumière artificielle, etc..
-> Période de sommeil/éveil dure 24h
25 jours suivants : Lumière toujours allumée. Tous les repères ont été supprimés.
(X d’indices lumineux pour décider quand aller dodo)
Rythme endogène : qu’on dit autonome.
Ont découvert que quand on enlève les Zeitgebers, les sujets ont tendance à adopter un cycle d’environ 25 h (allongé).
Donc désynchronisation avec la rotation de la terre (~23 h 56 min).
Donc après 25 jours, 1 jour de décalage (ont «perdu» une journée).
->Le point de la température corporelle minimale se déplace au début de la période de sommeil.
Après 35 jours (11 derniers jours) : Les conditions naturelles sont reproduites à nouveau. La lumière s’éteignait et s’allumait avec une période de 24h pour reproduire les conditions naturelles.
Le cycle circadien de 24h est réapparu.
Réintroduction des zeitgebers.
Longeur se normalise et dépend des conditions d’éclairage
—————–
Plutôt difficile d’éliminer les zeitgeber.
La combinaison des facteurs endogènes et homéostatiques induit un cycle circadien d’environ 16h de veille pour 8h de sommeil
Qu’est-ce que l’horloge biologique?
L’horloge biologique chez les mammifères:
-Noyaux suprachiasmatiques (paire) de l’hypothalamus (NSC)
(volume inférieur à 0,3 mm3 ; neurones parmi les plus petits du cerveau)
- De chaque côté de la ligne médiane et en bordure du 3ième ventricule.
Juste au-dessus du chiasme optique.
Lui-même au-dessus de l’hypophyse (glande pituitaire), qui secrète plusieurs hormones vitales.
Synchronise plusieurs fonctions physiologiques entre elles et avec le cycle de lumière-obscurité ambiant:
Étapes :
1.Détecteur de lumière :
Rétine – information afférente sensible à la lumière et à l’obscurité
2.Horloge :
NSC – horloge continue à fonctionner et conserve son rythme de base même si l’information afférente est supprimée
3.Voie de sortie :
Contrôle de certaines fonctions cérébrales et corporelles selon le timing de l’horloge
Quels sont les rôles de la lumière dans les rythmes circadiens?
La lumière entre dans l’oeil, puis passe par le VRHT…
-> Voie monosynaptique qui relie certaines cellules de la rétine au noyau suprachiasmatique :
VRHT: voie rétino-hypothalamique (monosynaptique)
… ensuite, entre dans le SNC.
Divison en 3 parties (impact sur) :
1. Comportement
Activité, sommeil/éveil, performances
2. Système endocrinien
Production de mélatonine, cortisol
3. Oscillateurs périphériques
Coeur, foie, poumons
Qu’est-ce que la voie rétino-hypothalamique?
-Mécanisme photosensible qui remet l’horloge cérébrale à l’heure
-Axones des cellules ganglionnaires – voies directes avec le NSC
-Cellules ganglionnaires contenant de la mélanopsine sensibles à l’intensité de la lumière
———————-
Les NSC permettent de synchroniser avec les cycles de lumière/obscurité.
Ne dépend pas des photorécepteurs (cônes ou bâtonnets) :
Des souris dont les yeux ont été supprimés sont incapables de se synchroniser.
Mais des souris mutantes qui possèdent ni cône, ni bâtonnets sont capables de se synchroniser avec la lumière.
-> Ce ne sont donc pas les cônes ni les bâtonnets qui sont responsables de la synchronisation.
David Berson et cie de Brown U. ont découvert en 2002 que ce sont des cellules ganglionnaires contenant de la mélanopsine, un pigment visuel différent de celui des cônes (3 iodopsines) et des bâtonnets (rhodopsine), qui transmettent l’information au NSC.
Ces cellules ganglionnaires sont plus sensibles aux ondes courtes (couleurs froides comme le bleu turquoise). Entre Cones-S et bâtonnets.
D’où le mode «soir» sur les cellulaires et les ordinateurs (moins de courtes longueurs d’onde), la «luminothérapie» et, à l’inverse, …
Objectif de la luminothérapie : Resynchroniser son système circadien avec le rythme de la lumière naturelle.
S –Cône : Plus sensible aux couleurs bleutées
Rod : Bâtonnets (responsable de la vision nocturne)
Mel : Mélanospine
Qu’est-ce que Marc Hébert de l’U Laval a inventé par rapport à l’horloge biologique?
Bluewake, pour empêcher les conducteurs de s’endormir le soir ou la nuit par la lumière bleue.
Effet recherché : Retarder l’endormissement
Comment sait-on que les NSC sont le siège de l’horloge biologique?
- Études de lésions
- Les études de transplantations des NSC
- Études de l’activité des cellules du NSC isolées
Études de lésions : Qu’arrive-t-il chez les animaux qui ont subit une ablation des NSC en isolation de Zeitgebers?
Singe :
A
Placé dans un environnement éclairé en permanence (absence de Zeitgeber lumineux) : cycle circadien autonome de ~25.5h
Enregistrement montre différents stades du sommeil et température
Cycles restent d’une forme «normale»
B
Rythmes circadiens sont abolis par ablations des deux NSC même si encore placé dans un environnement éclairé en permanence : désorganise son cycle éveil/sommeil + déséquilibre son cycle circadien au niveau de la température du corps.
Les cycles sont bcp + rapide
Induit des rythmes permanents à haute fréquence
Affecte aussi le besoin de boire et de se nourrir.
Hamster :
Cycle circadien automone du hamster de < de 24h. (Plus court que celui du singe)
A
Avant l’ablation : Belle organisation du cycle éveil/sommeil en absence de Zeitgeber (de lumière). Les NSC sont suffisants pour ordonner les périodes d’éveil/sommeil.
Après l’ablation : Sommeil/éveil désordonné.
B
Le désordre persiste avec les 2 NSC lésés, même lorsqu’on réintroduit des Zeitgebers. Le sommeil/éveil légèrement plus organisés qu’en absence des Zeitgebers, donc ceux-ci on quand même un impact.
Sommeil demeure mais pas aussi cyclique; devient désorganisé.
NSC, bien qu’ils régularisent périodes éveil/sommeil, ce ne sont pas eux qui les cause…
Doit avoir d’autres mécanismes, structures dans le cerveau, qui régulent / causent / produisent le sommeil.
Quelle est l’étude lésionnelle et de transplantation réalisée par Ralph et Menaker (1990)?
Hamsters dorés
Période de 24,1 heures (Hamster normaux)
(presque parfaitement synchronisée avec la rotation de la Terre)
Période de 22 heures (Mutant : gène tau).
Période de 20 heures (Mutant : 2 copies du gène tau -> 1/2 des bébés du 1er mutant)
Étapes :
1.Lésions aux NSC
2.Transplantation NSC de deux types de donneurs
3.Adopte la période du donneur
———————
L’ablation fait disparaître ces différents rythmes
Si on transplante le NSC d’un hamster avec soit 1 ou 2 gène tau chez un autre hamster (doré normal), celui-ci adopte le rythme du premier, du donneur (ex. 22 heures si 1 copie du gène tau, 20 heures si 2 copies du gène tau).
Mécanismes du NSC : Comment les neurones du NSC contrôlent-ils les rythmes?
Chaque cellule du NSC en elle-même représente une petite horloge moléculaire.
Des neurones individuels du NSC du rat ont été isolés et se sont développés in vitro, en culture tissulaire. ( X d’effervescence sensorielle d’aucune sorte)
Dans ces conditions leur fréquence de décharge, leur consommation de glucose, de sécrétion de vasopressine et de synthèse de protéines ont continué avec des rythmes de ~24 heures comme dans le cerveau intact.
Des données suggèrent l’existence d’un cycle moléculaire fondé sur l’expression génique.
Chez la souris et la drosophile (mouche à fruit) l’horloge implique différents gènes. Les gènes-horloges.
L’un de ceux-ci s’appelle le gène clock. Il s’agit d’un acronyme pour circadian locomotor output cycles kaput. (nom proposé par Joseph Takahashi de Northwestern U.)
Comment fonctionne cette horloge moléculaire?
C’est une boucle de rétroaction négative.
Donc le gène-horloge est transcrit en ARN messager qui va être traduit en en protéine. Ceci prend un certain temps. Ensuite, une nouvelle protéine est produite. Ainsi de suite…
Mais ici l’accumulation de la protéine dans la cellule, contribue à réduire l’expression de son propre gène. Donc l’inhibition sur la production (sa propre production) va croître. (Avant que la production reparte, ça prend 24h)
Puis éventuellement ces protéines vont être évacuée de la cellule et le cycle va recommencer.
-> Ce cycle à la longueur du cycle circadien autonome de l’animal dans lequel la cellule a été prélevée.
Quelle est la courbe de réponse de phase à la lumière?
Courbe de réponse de phase à la lumière:
-Lumière présentée tôt dans la nuit subjective
Délai de phase : le moment de référence de la rythmicité circadienne se produit à une heure plus tardive
- Lumière présentée vers la fin de la nuit
subjective :
Avance de phase : le moment de référence de la rythmicité circadienne se produit plus tôt
- Lumière présentée au milieu de la journée subjective :
Peu de changement de phase
—–
On peut utiliser la luminothérapie pour ajuster le sommeil selon des heures convenables pour ceux qui ont avance ou délais de phase.
Un des effet de l’activation des NSC est la production de mélatonine par la glande pinéale…
Qu’est-ce que la mélatonine?
Définition : hormone sécrétée par la glande pinéale (épiphyse) durant la nuit et permettant le sommeil.
Synthétisée à partir du tryptophane. (Comme la sérotonine)
Parfois qualifiée d’hormone «Dracula» parce qu’elle n’est secrétée que pendant la période nocturne ou plutôt en l’absence de lumière.
Le taux de mélatonine s’élève en fin de journée. Le taux le plus important mesuré en fin de nuit au petit matin.
Il s’agit d’un facteur hypnogène. Induit le sommeil.
Mais son rôle exact dans le sommeil est mal compris.
Quelle est la courbe de réponse à la mélatonine?
- Mélatonine le matin :
Délai de phase - Mélatonine fin de l’après-midi, début de soirée :
Avance de phase
L’exposition à la lumière et la mélatonine on un effet inverse sur la phase du sommeil…
Que sont les troubles circadiens?
-Symptôme principal : problème de sommeil ou d’éveil
-Le plus fréquent : phase anormale entre le rythme endogène et le cycle environnemental
-Cause : interne (tumeur) ou externe
-Traitement : renforcer ou modifier les synchroniseurs
-Agents thérapeutiques : photothérapie ou administration de mélatonine
- Pire scénario : travailleurs de nuit (désynchronisation entre indices endogènes et indices exogènes, soit les Zeitgebers)…
…
Sommeil de jour des travailleurs de nuit
-Trop court (5 à 6 heures)
-Éveils fréquents
-Non récupérateur
-Associé à fatigue et somnolence durant l’éveil
-Cause principale de ces problèmes:
Phase circadienne inadéquate pour le sommeil de jour.
-À la longue, très néfaste pour la santé (immunité diminuée, peuvent faire accidents, etc.).
- La mélatonine est généralement sécrétée en réponse à l’absence de lumière, ce qui est parfois déréglé chez les travailleurs de nuit.
Que sont les oiseaux de nuits / oiseaux du matin?
Le syndrome des oiseaux de nuit ou syndrome du délai de phase :
-Insomnie le soir (ne peuvent s’endormir avant 3 ou 4 heures le matin) et difficulté à se réveiller le matin
-En vacances se couchent entre 2:00 et 6:00 le matin et se lèvent entre 11:00 et 15:00.
-Pas de difficulté à maintenir le sommeil
-Sommeil très court si obligations sociales (2-5 heures)
-Somnolence diurne associée à la privation de sommeil
-Plus chez les individus jeunes (7% chez les adolescents)
-Structure du sommeil normale après l’enclenchement de celui-ci. Ne pas confondre avec mauvaise hygiène de sommeil (brûler la chandelle par les deux bouts).
-L’horloge biologique est en retard, donc le maximum de somnolence se produit à une heure beaucoup plus tardive.
-Traitements possibles: la photothérapie, la mélatonine
-Somnifères pas efficaces (sauf à très hautes doses)
-Il s’agit d’un tempérament (inné).
Somnifères: effet rebond (non souhaités)
-Si on utilise la mélatonine, il faut l’administrer en début de soirée.
-La luminothérapie (le matin – simulateur d’aube) pourrait aider.
Le syndrome des oiseaux du matin ou syndrome de l’avance de phase :
-Forte somnolence en soirée
-Incapacité à reporter le moment du coucher (endormissement au volant, en public)
-Éveil prématuré le matin
-Pas de difficulté à maintenir le sommeil
-Typiquement coucher entre 18:00 et 20:00 et éveil final avant 05:00
-Très rare
-Généralement chez les personnes âgées
- Traitement :
La mélatonine doit être administrée en matinée, pour prolonger le sommeil.
La photothérapie doit être utilisée en soirée, pour provoquer un retard de phase.
-Les gens ne se plaignent pas souvent de ce trouble car ça ne compromet pas les activité journalières (travail), au contraire!
Quelles sont les mesures subjectives des rythmes circadiens?
Quand on évalue des patients qui ont des troubles circadiens, ou du moins, on le suspecte, on leur fait passer une série de questionnaires + tests (échelles)
Questionnaires :
Vie socio-professionnelle
Hygiène de vie et santé
Habitat
Habitudes de sommeil
Agenda de sommeil
->L’agenda de sommeil permet d’identifier la nature du sommeil, les patrons qui se répètent (ex. insomnie de 3h à 7h) et peut être utile au médecin pour identifier un traitement pour le patient. Celui-ci doit hachurer les périodes où il dort, la qualité de son éveil (se sent en forme ou fatigué le matin, etc.).
Échelles: (tests papier/crayons)
Somnolence : Epworth Scale of Drowsiness
Insomnie : Pittsburgh Scale of Insomnia
Anxiété et dépression : Beck Depression Inventory
Ces échelles sont normées, donc on peut obtenir un score comparable à celui de la pop. normale
Quelles sont les mesures objectives des rythmes circadiens?
Actigraphie:
Utilisation d’un appareil portable qui enregistre le mouvement sur de longues périodes de temps.
(Mesure activité physique pendant la journée ou la nuit, et déterminer dans quel stade du sommeil on se trouve : Aucun mouvement dans le stade REM)
L’actimètre/actigraphe est un petit appareil de la grandeur d’une montre qui se porte comme une montre au poignet du bras non-dominant et qui enregistre l’activité de la personne qui le porte. A l’aide de l’activité enregistrée on peut voir de quand à quand une personne a dormi ou a été éveillée. Enregistre l’activité motrice.
Ce n’est pas bon dans le cas d’un insomniaque qui reste au lit sans bouger à ruminer ses pensées.
[Intégré aux montres Fitbit aujourd’hui.]
Exposition à la lumière :
Permet de savoir si la personne est éveillée la nuit par exemple (elle lit ou écoute la tv)
———
Électroencéphalographie
Électrooculographie
Électromyographie
Thermistance nasale : flux aérien nasal
Sangle thoracique : activité respiratoire (pléthysmographe)
Saturation en oxygène dans le sang
Mesure du taux de mélatonine et de cortisol :
Analyse d’échantillon de salive
Mesure de la température corporelle
Permettent de connaître les rythmes endogènes de la personne
Ensemble de ces mesures objectives se nomme Polysomnographie
