Un Peu d`Histoire L`histoire des rythmes biologiques remonte à l
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Un Peu d’Histoire L’histoire des rythmes biologiques remonte à l’antiquité pendant laquelle Hippocrate se démarquera comme étant le père de la chrono pathologie (variation cyclique des processus pathologiques). Pline et Aristote observeront et rapporteront l’existence de rythmes chez les animaux marins. Ainsi l’existence des rythmes a longtemps été admise sans jamais être démontrée. Il faudra attendre le XVIII° siècle et l’apparition d’instruments de mesure fiables, pour que des études plus "scientifiques" soient menées. Les premières études menées au cours de ce demi millénaire sont celles de Jean-Jacques d’Ortous (ou d’Ortens) de Mairan et de Henri Louis Duhamel du Monceau. Le premier rapporta en 1729 que les mouvements de l’héliotrope (plante) persistent à l’obscurité. Le Second décrit le même phénomène en 1758, à la différence qu’il effectua l’expérience à température ambiante afin de préciser que les rythmes journaliers de la plante ne sont pas dépendants des variations de température. Au début du XIX° siècle, J.J. Virey est le premier à parler d’"horloge vivante". Cet homme est considéré comme le père de la chronopharmacologie. Pendant la même période, Chaussat étudie la rythmicité de la température corporelle des pigeons. A la fin de ce siècle, Pfeiffer confirmera les travaux de Mairan sur la persistance des rythmes en l’absence de facteurs environnementaux. Son mérite est d’autant plus grand qu’il consolida la chronobiologie en réfutant sa thèse qui visait à dire que les rythmes floraux étaient basés sur l’ensoleillement et la photopériode. De plus son travail et ses expérimentations firent avancer cette science vers sa phase expérimentale. Le XX° siècle est le siècle de la chronobiologie expérimentale et quantitative, Bünning poursuivra les travaux de Pfeiffer et proposera la notion d’horloge biologique. En 1953, des travaux menés par Halberg et Aschoff les mèneront à proposer la notion de synchroniseur (Zeitgeber, donneur de temps). Pettentrigh mènera des travaux parallèlement à ceux de Halberg et Aschoff et proposera lui la notion "d’agent d’entraînement" (entraining agent) des rythmes endogènes, c'est-à-dire des rythmes provenant des cellules ou de l’organisme lui-même. En 1957, l'homme à l'origine des études de chronobiologie française, Reinberg, propose la notion de "rythme biologique comme propriété fondamentale de la matière vivante". Pettentrigh complétera ces travaux en 1960. Plus récemment, en 1971, Reinberg découvre les horloges biologiques appelées oscillateurs (épiphyse, hypothalamus). Néanmoins, la chronobiologie est encore une science récente et a encore de nombreux mystères à dévoiler. Les Rythmes biologiques Nous pouvons observer dans le corps humain divers rythmes biologiques de durées variables. Nous allons développer dans cette partie trois exemples ayant chacun des cycles différents : les rythmes cicradiens, circamensuel et circannuel. Rythmes ultradiens Rythmes circadiens - Les rythmes circadiens de vigilance - Que se passe-t-il au cours d'une nuit de sommeil ? Rythmes infradiens Rythmes circamensuels Rythmes circannuels Rythmes ultradiens On appelle rythmes ultradiens les alternances de certaines de nos fonctions biologiques, allant de quelques secondes à quelques heures, qui régulent nos jours et nos nuits. Les cycles nocturnes de sommeil de 1 h 30 à 2 heures, les alternances de sommeil lent et de sommeil paradoxal en sont les témoins, la nuit. Dans la journée, nous alternons des cycles de repos et d'activité, de fatigue et de grande efficacité: phases d'éveil actif au cours desquelles nous sommes très vigilants, et phases d'éveil passif au cours desquelles nous sommes beaucoup moins vifs, beaucoup moins efficaces. Ces rythmes influencent la plupart de nos fonctions biologiques: rythme cardiaque, rythme respiratoire. Ils modulent notre température corporelle, nos sécrétions internes. Ils influencent nos performances physiques et mentales, et nous connaissons bien le creux très net de nos possibilités de 13 ou 14 heures, alors que nous sommes généralement en pleine forme vers 17 heures. Les plus courts ont une période d’environ une seconde, l’activité électrique du muscle Rythmes circadiens Les différents pics et creux de ces rythmes circadiens ne sont pas distribués au hasard, mais relèvent d'une véritable programmation dans le temps des nombreuses activités : métaboliques, nerveuses, endocriniennes... permettant un ajustement de l'organisme au mode de vie. Cette adaptation n'est pas individuelle, mais spécifique de l'espèce. Ainsi l'humain, est un "animal" à activité diurne, et tous ses rythmes biologiques, son organisation temporelle, répondent à la nécessité de faire face, physiquement et intellectuellement, à son activité diurne. Ainsi les performances du système nerveux (attention, coordination motrice, mémoire), la force musculaire, la fréquence cardiaque et respiratoire atteignent leur maximum au cours de la journée. Par contre, d'autres variations biologiques, comme le taux de lymphocytes cellules blanches du sang qui participent à la défense anti-infectieuse de l'organisme, sont au maximum au milieu de la nuit. D'autres phénomènes subjectifs ont, eux aussi, des rythmes circadiens : la sensation de faim, la somnolence, l'intensité de la douleur provoquée. C'est aussi le cas de processus psychologiques tels que la vitesse du calcul mental, le temps de réaction à un signal (celui du coureur au coup de pistolet qui lui indique le départ, du piéton lorsque le feu vert lui est donné), la dextérité de la main conduite par l'œil (le temps et le nombre d'essais nécessaires pour faire passer le bout d'un fil dans le chas d'une aiguille), etc. Le pic des performances à ces tests psychologiques se situe vers 15 h et le creux vers 3 h du matin. Un exemple frappant de cette adaptation biologique quotidienne est celui des sécrétions hormonales : L'hormone corticotrope, ou ACTH, a son pic de sécrétion maximum au milieu de la nuit. Elle induit la sécrétion d'hormones telles que la cortisone ou le cortisol, qui ont pour effet d'augmenter les taux sanguins de protéines, lipides, glucides et sels minéraux pour les besoins d'un organisme en activité. Or, les pics sanguins maximum de cortisol se situent au moment de l'éveil. Il y a donc cohérence biologique, le pic d'ACTH se situant avant celui du cortisol, lui-même se situant avant le pic des performances musculaires, nerveuses, etc. de l'organisme. On dit qu’il y a pré-adaptation. Cette notion d'organisation temporelle a une réelle importance, non seulement théorique, mais aussi pratique. Les accidents de voiture ou d'avion dus à une "erreur humaine" se produisent souvent vers deux ou trois heures du matin, heure où les potentialités physiques, psychiques et intellectuelles des humains sont au plus bas. C'est le moment où les réponses, les réflexes sont les plus lents et les moins adéquats. Le chronobiologiste américain Charles Ehret de Chicago a même rapporté que la gravité de l'accident à l'usine nucléaire de Three-Mile-Island était en grande partie due au fait que la centrale s'était emballée à trois heures du matin. Les ingénieurs et techniciens de garde ont été incapables de prendre en temps voulu les décisions qui s'imposaient. Représentation schématique d’un rythme circadien : l’alternance veille/sommeil ; C et L indiquent les positions respectives du coucher et du lever par rapport à ce rythme. Max., Min. : maximum et minimum. 1 : période, 2 : amplitude, m : valeur moyenne du rythme. Les rythmes circadiens de vigilance Au cours des 24 heures, notre vigilance passe par des hauts et des bas, réalisant un véritable tracé sinusoïdal repérable à la même heure ou presque chez tous les humains, dans tous les coins de la planète, et corrélé à l'heure du soleil. Cette vigilance est directement précédée par une autre courbe parallèle qui est celle de notre température corporelle. Lorsque la température s'élève, notre organisme se prépare à une phase active, éveillée, efficace. Lorsque la température baisse, la vigilance ne tarde pas à diminuer. Toutes ces notions conduisent à un bon nombre de réflexions sur les rythmes scolaires imposés aux enfants : l'heure des siestes à l'école maternelle, l'heure habituelle des cours qui ne correspond guère aux meilleurs moments d'activité intellectuelle, la suppression des classes l'été, meilleure période d'apprentissage que l'hiver. Nous nous reposons et nous travaillons souvent à contretemps de nos besoins physiologiques. Schématiquement, ce rythme fondamental (en heures solaires) est formé de : une phase active, chaude, entre 5 et 8 heures du matin ; une phase de repli, de fatigue, de faibles performances physiques entre 11 et 14 heures ; une nouvelle phase de haute vigilance entre 17 et 20 heures ; une phase de fatigue et de très faible vigilance entre 23 heures et 2 heures du matin ; la phase la moins active se situe entre 2 heures et 5 heures du matin. Shéma de l'activité de l'homme durant un cycle circadien : Que se passe-t-il au cours d'une nuit de sommeil ? Le sommeil d'adulte est, dans les conditions habituelles (civilisation occidentale, travail de jour), essentiellement nocturne. Le besoin de sommeil survient généralement chaque soir à la même heure, annoncé par une sensation de fatigue, de faible activité mentale, de froid. Si nous nous couchons au moment où ces signes apparaissent, l'endormissement est rapide. La latence d'endormissement, temps qui s'écoule entre le moment où l'on a decidé de dormir, éteint la lumière, fermé les yeux et le moment où l'on s'endort vraiment sera brève, généralement moins de dix minutes. Ce paramètre est très important. Il mesure notre capacité d'endormissement. Nous nous endormons en sommeil lent, sommeil lent qui va durer en moyenne de 1h 10 à 1h 40. D'abord sommeil lent léger puis progressivement de plus en plus profond. A la fin de cette phase, nous passons en sommeil paradoxal pour 10 à 15 minutes. Une nuit complète représente l'enchaînement de 4, 5 ou 6 cycles de ce "train". La fin du sommeil paradoxal est marquée par une phase de pré-éveil très courte, insensible pour un dormeur normal, mais où l'éveil serait très facile. Puis, si aucune stimulation particulière ne le tire du sommeil, le dormeur enchaîne un nouveau cycle. Il en résulte que 60 à 70 % des adultes et des enfants sont encore fatigués lorsqu’ils s’éveillent le matin vers sept heures, même s'ils ont bien dormi. Car le rythme veille-sommeil n'est qu'un des facteurs susceptibles d'expliquer le rythme de la fatigue. Ce dernier persiste même pendant les expériences de privation de sommeil. Quels peuvent être les autres facteurs ? Ceux que les psycho-physiologistes ont identifiés depuis longtemps. Les sécrétions de plusieurs hormones : le cortisol, la testostérone, l'adrénaline et la noradrénaline. Le pic de la fatigue coïncide, dans le temps, avec le creux du niveau de ces substances dans le plasma sanguin. Réciproquement, l'absence de fatigue se situe, dans les vingt-quatre heures, au moment où ces hormones ont leur plein effet, ce qui demande une certaine durée, à partir de leur pic de concentration. Le rythme de la fatigue dépend, lui aussi, des rythmes de plusieurs facteurs et non pas d'un seul, le rythme veillesommeil. Les rythmes infradiens Les rythmes infradiens sont des rythmes lents. Ils peuvent être mensuels, saisonniers ou annuels. Certaines insomnies sont rythmées par le cycle mensuel et les statistiques de criminalité montrent une indiscutable aggravation au moment des pleines lunes. D'autres rythmes, encore plus lents, saisonniers, bi-annuels, annuels, voire tous les trois ou cinq ans, sont repérables chez certains d'entre nous : signes dépressifs minimes survenant chaque année à la même période, besoin plus important de sommeil et sensibilité accrue aux infections en hiver. Un exemple de rythme circamensuel : les menstruations Chez les mammifères en général trois organes interviennent principalement dans la sécrétion d’hormones régulant l’activité sexuelle : Les gonades, l’hypophyse et l’hypothalamus dans la partie inférieure du cerveau. Les ovaires sécrètent deux hormones essentielles : l’œstradiol et la progestérone qui agissent principalement sur la maturation des ovocytes. L’hypophyse libère dans le sang deux hormones appelées FSH et LH, elles commandent l’activité des gonades. L’hypothalamus secrète une hormone : la GnRH qui va agir sur les cellules du lobe antérieur de l’hypophyse. Le cycle menstruel comporte deux phases : la phase folliculaire et la phase lutéale. Au cours de la phase folliculaire, sous l’action du FSH, des ovocytes sont sélectionnés dans les ovaires et reprennent leur croissance normalement interrompue depuis la vie anténatale. Ces follicules sécrètent de l’œstradiol qui passe dans la circulation sanguine. Après sept à huit jours, un follicule se différencie par une croissance plus rapide, c’est ce follicule qui arrive à maturation au cours du 14° jour du cycle. L’élévation en oestradiol dans le sang déclenche par rétroaction le pic de LH du milieu du cycle. Ce pic provoque l’expulsion de l’ovule dans la cavité péritonéale. La phase lutéale est la période qui précède les règles, elle dure entre 12 et 14 jours. Le follicule qui a libéré l'ovocyte cicatrise très vite et devient le corps jaune, il produit une quantité importante de progestérone. La progestérone a pour but de préparer la muqueuse utérine à la nidation de l'œuf. Lors du cycle menstruel de la femme, les rétroactions positives et négatives s’imbriquent les unes à près les autres de telle sorte que ce cycle se répète tout les 28 jours environs. Juste après les règles a concentration en oestradiol devient très faible et provoque la sécrétion de FSH et, en moindre quantité, de LH. La FSH provoque la croissance des follicules et la production d’œstradiol. Lorsque la concentration en oestradiol est suffisante, cette hormone déclenche la sécrétion massive de LH et de FSH permettant l’ovulation, en effet la LH provoque la rupture du follicule qui a mûri et la libération de l’ovocyte dans une trompe. Puis la LH stimule la transformation du follicule ouvert en corps jaune. Sous l’action couplée de la LH et de la FSH, le corps jaune produit d’importantes quantités de progestérone et d’œstradiol afin de préparer les muqueuses utérines à une éventuelle nidation en cas de fécondation. Sinon ces hormones vont par rétroaction négative, diminuer la production de LH et FSH. Le corps jaune va alors régresser, provoquant alors la diminution de secrétions ovariennes puis les règles. En résumé, les menstruations tout comme bien d’autres phénomènes corporels, résultent de rythme biologiques très complexes. Malgré cela, les scientifiques cherchent tout de même à les comprendre en espérant qu’un jour ils pourront soigner bien des maladies (dans notre cas hyperménorrhées, aménorrhées, etc.…) en comprenant ces mécanismes. Rythme circannuel Il est très facile de prouver expérimentalement la réalité des rythmes de la reproduction chez les animaux mais qu'en est t'il pour l'être humain ? L'activité sexuelle est basée sur la variation des activités neuronales et hormonales. Les variations annuelles de l'activité sexuelle des mâles de nombreuses espèces vertébrés (dont l'homme) sont liées à celle d'une hormone : la testostérone. Cette hormone n'est qu'un des facteurs qui contrôlent le rythme annuel de l'activité sexuelle et non pas l'unique facteur (autre hormone : la prolactine chez le bélier par exemple). Cependant, chez l'homme, seul le rythme annuel de sécrétion de testostérone est identifié comme étant lié à l'activité sexuelle, bien qu'il en existe sûrement d'autres. En étudiant la sécrétion de la testostérone, on constate qu'il existe un rythme circannuel endogène de l'activité des gonades chez le mâle (testicules). Ainsi, on peut observer une activité maximale des diverses fonctions testiculaires, y compris un pic de sécrétion de la testostérone à la fin de l'été et au début de l'automne. Au contraire, le creux de l'activité sexuelle de l'homme, comme celui de la sécrétion de testostérone se situerait en février-mars. Ce rythme circannuel a de nombreuses conséquences sur la société. Effectivement, il en résulte un fort pic de naissance en mai car l'activité sexuelle est à son maximum au moi d'août, neuf mois plus tôt. Une étude commune entre différents scientifiques américains et français de Houston et Paris a également pût mettre en évidence l'existence d'un rythme annuel du nombre de viols. Le pic se situe en août-septembre et le creux en février-mars. Lorsqu'un violeur est jugé, condamné, mis en prison, puis relâche dans un délais plus ou moins bref, la récidive a alors souvent lieu en août-septembre. La recrudescence des viols vers la fin de l'été est maintenant un fait établi. Informer de l'existence de ce risque saisonnier peur déjà avoir une utilité de nature préventive. Mais, l'activité sexuelle de l'humain n'est pas faite, loin de là, que de rythme réguliers de sécrétions neurohormonales, comme la période annuelle du rut chez les animaux par exemple. Nous n'avons étudié que le cas de la sécrétion de testostérone chez l'homme, car il est plus difficile de faire le lien chez la femme entre le pic de sécrétion d'hormones et l'activité sexuelle en raison des nombreux tabous qui règnent encore. Les chercheurs ont des difficultés à former des groupes de femmes volontaires pour ce genre d'étude. Néanmoins, il a été constaté que tout comme chez l'homme, on constate qu'il existe aussi un rythme circannuel endogène des gonades chez la femme (ovaires). En effet, c'est au printemps que les hormones sexuelles féminines sont sécrétées de façon accrue par les ovaires (cf Rythme circamensuel). Expérimentation Introduction Nous avons voulu mettre en évidence à travers une expérimentation un ou plusieurs rythmes biologiques afin d’assurer la véracité de nos propos quant aux rythmes circadiens. A la base nous avions plusieurs idées d’expérimentation. La première consistait à mettre des rats dans l’obscurité, de les nourrir chaque jour à heure fixe et de voir s’ils allaient réagir au bout de trois ou quatre semaines lorsqu’on ne leur apporte pas les repas. Malheureusement pour des raisons de moyens et d’éthiques nous avons abandonné cette expérimentation. La seconde expérimentation que nous avons mise en œuvre, consistait à observer les mouvements héliotropes d’une plante : la kalanchoe blossfeldiana. Malheureusement la plante qui nous a été fournit n’en était pas une et nos observations furent vaines la plante n’ayant pas bougé d’un pouce. La troisième que nous allons décrire ci-dessous, était celle qui nous paraissait la plus fiable. Elle consistait à observer la rythmicité des variations des composantes sanguines. Ainsi nous observerions plusieurs composants en même temps, ce qui nous permettait d’être assuré d’obtenir des résultats même si la rythmicité de certains composants venait à être modifiées par des facteurs extérieurs (prise d’aliments). Le seul défaut notoire de cette expérience est son coût. En effet l’analyse de prise de sang et les prises de sang elle-même ne sont pas gratuites, nous avons donc du rechercher un laboratoire et une infirmière qui accepteraient de nous aider à réaliser nos projets « bénévolement ». C’est le Laboratoire d’analyses médicales Klumpp qui accepta d’analyser les échantillons et un parent qui se chargea des prises de sang. Protocole expérimental 1) Objectif 2) Matériel expérimental 3) Réalisation de l’expérimentation 4) Interprétation des résultats a) Notions de bases nécessaires à l‘étude des rythmes b) Résultats obtenus c) Graphiques et interprétations d) Conclusion 1) Objectif Nous voulons mettre en évidence la rythmicité de certaines composantes sanguines : Ions : le sodium (Na+), le potassium (K+), le chlore (Cl-) Molécules : globules blancs et rouges, hémoglobine et plaquettes. Pour cela, il sera effectué au cours d’une même journée plusieurs prises de sang à intervalle régulier, en laissant une certaine marge après les repas afin de ne pas fausser certaines mesures. Ces mesures ont déjà été réalisées par l’équipe de chronobiologie du CNRS et l’université du Minnesota. Ce que nous cherchons donc à faire c’est réussir à obtenir les mêmes résultats que ces scientifiques, ou du moins nous aller tacher de localiser les acrophases durant les mêmes périodes que ces personnes. 2) Matériel expérimental -8 aiguilles -8 seringues -16 tubes d’échantillonnage -du sparadrap et du désinfectant 3) Réalisation de l’expérimentation La première prise de sang a été effectuée à 6h10, puis à : 7h15 ; 9h05 ; 10h05 ; 11h10 ; 12h10; 14h20 ; 15h20. Les repas ont été pris après les prises de sang de 7h15 et de 12h10. Une prise de sucre fut nécessaire après la première prise de sang (...). Les prélèvements sanguins ont été analysés à 18h03. 4) Interprétation des résultats a) Notions de bases nécessaires à l‘étude des rythmes Lorsqu’on étudie graphiquement les rythmes circadiens sur plusieurs jours, on s’aperçoit que la plupart correspondent au modèle de la sinusoïde. Le rythme sera donc associé à une fonction notée y(t) : c’est la fonction y en fonction du temps en général cette fonction s'exprimera de la facon suivante :Y(t)= M + Acos( t + k). On appelle période le temps que met le rythme a retrouver son état initial, graphiquement cela correspond à l’intervalle entre deux points d’abscisse dont les images sont égales. La période se note généralement t. L’acrophase est la plus grande valeur que la fonction associée au rythme puisse prendre, au contraire la plus basse valeur ou le creux de la fonction se nomme batyphase. La phase est la constante angulaire caractéristique d'un mouvement périodique, on la note ø. Le niveau moyen, quant à lui, est la valeur moyenne du rythme. Le niveau moyen est aussi appelé mesor (Midline Estimating Statistic Of Rythm), la fonction représentant le mesor est du type : y = constante. Le mesor se notera M.L’amplitude A correspond aux variations de la fonction de part et d’autre du mesor. b) Résultats obtenus c) Graphiques et interprétations En observant les analyses liées au sodium nous nous sommes aperçus que les valeurs ne variaient quasiment pas. En consultant les expériences qui avaient été réalisées par des chrono biologistes du CNRS et de l’université du Minnesota, nous nous sommes aperçus que les mesures n’étaient pas assez précises. Nous n’avons donc pas réalisés de graphique représentatif des mesures du sodium. Cette courbe est pour ainsi dire « parfaite ». En effet la courbe aborde une allure de sinusoïdale incomplète naturellement à cause de la période durant laquelle ont été effectués les résultats qui est inférieure à 24 heures. En plus de cela l’acrophase que nous avons obtenue se situe aux alentours de 11h10, ce qui correspond aux mesures du CNRS. Ici la courbe présente une imperfection due à la prise de sucre après la première prise de sang. Malgré cela, on localise tout de même l’acrophase à 11h10 ce qui correspond à nouveau aux résultats obtenus par les scientifiques. Cette courbe est elle aussi très représentative de la rythmicité des globules blancs en effet, ils ont leur pic de présence situés aux alentours de 19 heures, cela parce qu’ils sont liés à l’activité physique ; raison pour laquelle la courbe décroît de 6h10 à 7h15, période pendant laquelle le sujet était au repos. D’après les recherches de l’université du Minnesota, cette courbe devrai avoir une acrophase aux alentours de 10h00, or d’après les approximations que nous avons faites, notre acrophase se situe aux alentours de 04h00, ce que nous sommes incapables d’expliquer. A nouveau la courbe ne correspond pas du tout aux conclusions des instituts scientifiques. En effet l’acrophase devrait se situer aux alentours de 10h00 or là, il semblerait que notre acrophase se situe (par extrapolation graphique), aux alentours de 01h00. Nous ne comprenons toujours pas comment de telles erreurs sont possibles. Malgré celà le graphique ressemble tout de même à la partie négative d’une sinusoïde, mais le fait que nos résultats divergent totalement de ceux des scientifiques nous empêche de nous prononcer sur l’exactitude de la courbe. Cette courbe-ci semble être plus juste que les deux précédentes. Malheureusement le choix de la période que nous avons pris, ne nous permet pas de confirmer les données des chronobiologistes, en effet ces derniers situent l’acrophase aux alentours de 19h00. Néanmoins, on observe tout de même une croissance de la courbe sur l’intervalle : [12h10 ; 15h20] on peut supposer que la courbe continuera à croître de la sorte jusqu’à 19 heures. d) Conclusion Nous nous sommes aperçus que l’expérimentation est une chose finalement très peu fiable à notre niveau. Malgré cela, nous avons tout de même pu montrer la présence de variations importantes au cours de la journée des composants sanguins. La mise en évidence des rythmes doit se faire sur plusieurs jours, or il nous était impossible de réaliser une telle expérience. Quant aux courbes, elle nous on procuré plus ou moins d’éléments qui nous permettent de deviner la présence de cycles, le fait que les courbes aborde la forme de sinusoïdes, nous évoque clairement la notion de rythme en effet le taux des composantes sanguines ne peut croître ou décroître indéfiniment d’ou cette notion de rythmicité et de répétition. On remarque aussi une inversion de croissance des courbes aux alentours de 10h00 on pourrait associer cela à la fin de la digestion, mais cela ne reste qu’une supposition. Le creux associé à 7h15 s’explique lui par la fin du cycle d’une période de sommeil, qui fait partie du synchroniseur éveil sommeil, un des principaux donneurs de temps. On observe beaucoup de rythmes associés à ce synchroniseur, la plupart voit leur plus basse valeur lors de l’éveil, ils chutent de l’endormissement jusqu’à l’éveil et croisse de ce moment jusqu’au couché. En conclusion, cette expérimentation nous aura été très instructive, elle nous aura permis de nous confronter au problème des subventions que les scientifiques redoutent et de voir à quel point l’expérimentation peut mener à de fausses conclusions si on ne prend pas garde. Mais elle nous aura aussi permis de ne pas nous restreindre à une simple analyse de documents en bibliothèque, ce qui est particulièrement rébarbatif. Horloge biologique Nous avons vu dans les chapitres précédents que notre organisme est organisé en rythmes de périodes variables, mais la question que l’on peut se poser est s'il existe une horloge qui régit le tout. Cette horloge doit osciller, c'est-à-dire présenter des périodes propres aux différents rythmes et conserver ces cycles sans être influencés par des signaux extérieurs. Il faut aussi qu’elle puisse être "remise à l’heure" en fonction des caractères environnementaux de chaque individu. Cette dernière propriété implique que cette horloge soit réceptive à notre cadre de vie et que, par conséquent, il existe des voies d’entraînement qui transmettent les signaux de l’environnement à l’horloge pour sa synchronisation. Il semblerait qu’il existe une voie d’entraînement par la lumière étant donné que les cycles lumière obscurité ont un rôle synchronisateur dominant. Existe-t-il une ou plusieurs horloges ? Bien que l’hypothèse d’une horloge centrale (master clock) contrôlant tous les oscillateurs circadiens ait été envisagée pour les oiseaux et les mammifères, des résultats expérimentaux tendent à montrer l’existence d’au moins deux systèmes circadiens. Ainsi, la déstruction partielle ou totale des NSC chez le rat ne supprime pas tous les rythmes circadiens, même dans des conditions de lumière continue. L’observation de sujets humains en isolement temporel a montré après deux semaines l’installation, chez le quart des sujets, d’une désynchronisation interne entre le rythme de la température interne (t = 25 h) et le rythme veille sommeil (t = 33,4 h). Ces résultats ont été expliqués par la présence de deux oscillateurs ayant des périodes différentes: un oscillateur faible contrôle le rythme veille sommeil, un oscillateur fort celui de la température, ces deux oscillateurs étant couplés. Oscillateurs : 1) Expériences en « isolation temporelle » Plusieurs études de "vie hors du temps", ont été réalisées chez des sujets volontaires, isolés dans des grottes ou dans des bunkers. La plus connue est celle de Michel Siffre, enfermé dans une grotte pendant plusieurs mois sans aucun repère temporel, ni communication avec l'extérieur. Les découvertes sur les rythmes profonds dans de telles conditions sont tout à fait intéressantes. En l'absence des synchroniseurs que sont les rythmes sociaux et les alternances jour nuit, le rythme circadien spontané n'est pas de 24 heures, mais de 25 heures. Au début de l'expérimentation, la périodicité du rythme veille/sommeil suit celle de la température corporelle et s'organise sur 25 heures. Le sujet se lève et se couche en se décalant d'une heure tous les jours par rapport à ses horaires habituels de 24 heures. Au bout de quelques semaines d'expérience, on voit apparaître des anomalies du rythme veille/sommeil. L'alternance phases éveillées et phases de sommeil se poursuit, et garde une proportion stable de 2/3 d'éveil pour 1/3 de sommeil. Mais ces alternances se dérèglent. Certains cycles "jour nuit" atteignent 60 heures, d'autres sont plus courts et ne durent que 12 heures environ. Pourtant, pendant toute cette période, le cycle de la température reste stable sur 25 heures. Le sujet vit donc souvent à contretemps de ses rythmes de température. Il dort en phase "chaude", s'active, travaille et mange en phase froide. Il n'existe plus de relation de phase stable entre, d'une part, la température et d'autres constantes biologiques et d'autre part, les rythmes éveil/sommeil. Chacun de ces rythmes oscille de façon autonome. On parle alors de syndrome de désynchronisation interne. Schéma du déreglement en isolation temporelle : Placé dans un environnement constant, en isolement temporel, un homme conserve des rythmes d’alternance éveil/sommeil (activité = barres rouges ; sommeil = barres bleu foncé) et de température rectale (triangles).Les triangles noirs indiquent les périodes où la température rectale est maximale (pointe en haut) ou minimale (pointe en bas). La persistance de la rythmicité montre qu’elle est d’origine endogène, avec une période propre (t) qui est proche mais différente de 24 heures. Ces rythmes internes sont appelés circadiens. Pendant les deux premières semaines d’isolement, la période des deux rythmes est la même (t = 25,7 h); ils se désynchronisent ensuite, continuant à osciller mais avec des périodes différentes. Pendant la désynchronisation, la position des maximums et des minimums de la température a été indiquée également par des triangles rouges, pour montrer leur relation avec les cycles d’éveil/sommeil (d’après : R.A. Wever, 1979). Encyclopaedia Universalis Cette divergence des rythmes éveil/sommeil et de la température rectale nous amène à penser qu’il existe non pas une mais deux horloges principales. 2) L’oscillateur fort L’oscillateur fort est peu dépendant de l'environnement et des donneurs de temps. De lui dépendrait la modulation des rythmes de température, de la sécrétion du cortisol, et aussi vraisemblablement, du sommeil paradoxal. Ces rythmes sont très stables et peu soumis aux modifications de l'environnement, ils ont un caractère endogène prépondérant. Par contre, ils opposent une adaptation difficile aux changements extérieurs. Ainsi, en cas de vol transméridien, de nouveaux horaires de travail, de décalage horaire saisonnier, l'organisme mettra souvent plusieurs semaines pour s'adapter. C'est ce que l'on appelle désynchronisation externe, entre le rythme biologique profond et les donneurs de temps extérieurs. 3) L’oscillateur faible L’oscillateur faible, beaucoup plus sensible aux signaux des synchroniseurs se dérègle plus vite en leur absence. Il contrôle notre vigilance, synchronise nos rythmes de veille/sommeil et probablement certaines de nos sécrétions très dépendantes du sommeil, telles que les sécrétions de prolactine et d'hormone de croissance. Cet oscillateur a une inertie faible et s'adapte vite aux modifications brutales de l'environnement. En cas de vol transatlantique par exemple, nous dormirons la nuit et nous nous éveillerons le jour en très peu de temps. Pourtant, nos rythmes profonds de température resteront, eux, bien plus longtemps perturbés. C'est ce que l'on appelle les altérations de phase d'origine externe. C'est aussi cet oscillateur faible qui se dérègle le plus vite en l'absence de synchroniseurs, d'où les alternances jour-nuit tout à fait anarchiques, de 12 à 60 heures dans les expériences hors du temps. Le système circadien des vertébrés est sous le contrôle d’au moins deux structures cérébrales: la glande pinéale et les noyaux supra chiasmatiques de l’hypothalamus. Certaines espèces possèdent une horloge intra pinéale, qui peut être entraînée par les variations d’éclairage, auxquelles les cellules sont directement sensibles. Ce n’est pas le cas des mammifères, dont la glande pinéale ne manifeste aucune activité rythmique autonome, et ce sont les noyaux supra chiasmatiques (NSC) qui paraissent jouer un rôle central dans leur contrôle de la rythmicité circadienne. La rythmicité intrinsèque persiste dans les NSC isolés chirurgicalement in situ, et en conditions constantes in vitro. La transplantation de NSC embryonnaires (qui proviennent de hamsters mutants dans des hamsters normaux adultes qui ont été privés de NSC), restaure une rythmicité circadienne, de période propre à celle du donneur. L’information lumineuse parvient à l’horloge des NSC des mammifères via la rétine, transmise directement par le faisceau rétino-hypothalamique. 4) Origine de la rythmicité des oscillateurs Si les oscillateurs ont des périodes aussi régulières, cela implique qu’ils ne sont pas seulement fonction de facteurs exogènes. En effet, certaines études ont montrées que les cellules placées en isolation temporelle conservaient une rythmicité d’environ 24 heures. Cela est du à l’enchaînement de réactions chimiques qui ont lieu en sont sein sans discontinué : Cette suite se répète régulièrement et la majorité des organismes unicellulaires fonctionnent ainsi selon un rythme spontané de 24 h. Ce cycle cellulaire persiste quand la cellule est complètement isolée du monde extérieur, ce qui indique une origine endogène, liée aux métabolismes cellulaires et aux gènes. Dans le foie d'un animal nocturne comme la souris, les mitoses se produisent à un moment assez précis, vers 12 h, et elles dépendent de toutes les autres synthèses cellulaires qui précèdent. Dans le cas du rythme nycthéméral, ou rythme d’éveil sommeil, on observe cette fois non pas un enchaînement de réactions, mais plutôt un enchaînement de sécrétions Les sujets matinaux ont une vigilance, des performances psychiques, sensorielles et motrices maximales au réveil. Elles décroissent ensuite progressivement pour conduire au sommeil. Pour les sujets vespéraux, le réveil s'accompagne d'une élévation modérée de la vigilance. Les performances augmentent ensuite tout au long du jour pour culminer dans les heures qui précèdent le sommeil. Toutes les 90 mn, il se produit un creux, un relâchement physiologique de la vigilance, ce qui peut conduire l'ouvrier à la faute et le conducteur à l'accident. L'élève, lui, se prend deux heures de colle, imméritées parce que c'est la nature qui le veut ainsi. Comme pour la guenon ramenée de Java, ces rythmes sont stables et se maintiennent souvent pendant plusieurs dizaines d'années chez un même individu. Ils opposent une forte résistance aux changements et forment l'enveloppe temporelle au cours de laquelle un travail de qualité peut être accompli sans fatigue anormale. Pour expliquer la plupart des rythmes, il faut parler des gènes. En effet ce sont eux qui vont permettre la création de protéines et d’hormones. Ces gènes sont activés de façon rythmique. Par exemple, chez la drosophile, les taux cellulaires des protéines PER et TIM, correspondants aux gènes period (per) et timeless (tim) évoluent selon une période de 24 heures, avec un maximum au milieu de la nuit. On a découvert que ces deux protéines agissent comme des inhibiteurs de leur propre production via des boucles de rétroaction de la transcription des gènes correspondants. Les oscillations rythmiques des taux de protéines sont la conséquence de ces boucles de rétroaction. Plus précisément, les gènes per et tim sont activés par un complexe moléculaire formé par les facteurs de transcription CLOCK et CYCLE (CYC). Lorsque la quantité de protéines PER et TIM devient suffisamment élevée, ces deux protéines pénètrent dans le noyau cellulaire sous forme d'un complexe qui se lie à CLOCK-CYC et inhibe son activité, et donc leur propre synthèse. Chez les mammifères, on retrouve des boucles de rétroaction similaires. Les homologues de CLOCK et CYCLE, CLOCK et BMAL1, activent trois types de gènes Per et deux types de gènes Cry (pour cryptochromes) : les protéines PER sont associées aux cryptochromes (CRY1 et CRY2). Ces complexes PER-CRY entrent dans le noyau et inhibent CLOCK-BMAL1, et donc leur propre production. La quantité de la protéine PER est soumise à des oscillations circadiennes ; elle atteint un maximum en fin de nuit. Ce graphe présente les oscillations entretenues prédites par un modèle à 5 variables chez la drosophile : représentation de la quantité totale de la protéine PER en fonction de la quantité de son ARN messager (en ordonnée) : on observe toujours une évolution vers un « cycle limite », c'est-à-dire vers la même courbe fermée. Copyright © Strasbourg 2005 Les synchroniseurs La resynchronisation des êtres vivants aux variations de l'environnement ne peut se faire que par la mise à l'heure des horloges biologiques. Pour cela, il faut que des signaux de période stable puissent agir efficacement et régulièrement. Il n'est donc pas surprenant que, pour la plupart des espèces végétales et animales, ce soit l'alternance jour-nuit qui mette à l'heure les horloges biologiques. L'heure de l'aube et/ou celle du crépuscule sont considérées comme des signaux temporels très importants. Les signaux de l'environnement ont une période moyenne de vingt-quatre heures. Ils vont entraîner les rythmes biologiques sur cette période.En l'absence des signaux, la période moyenne des rythmes diffère de 24heures. Le calibrage à vingt-quatre heures est donc indispensable. Il est possible d'entraîner les rythmes d'un animal ou d'une plante suivant d'autres périodes. Ainsi, en faisant alterner treize heures de lumière et treize heures d'obscurité, on peut imposer une périodicité de vingt-six heures. Mais il y a des limites à cela, du moins chez les mammifères dont l'entraînement rythmique n'est possible que par des périodes choisies entre vingt et vingt-huit heures. Exposées à des périodes plus courtes ou plus longues, les horloges biologiques échappent au contrôle des signaux de synchronisation. Le mécanisme d'action des signaux générés par l'alternance jour-nuit a été particulièrement bien étudié chez les petits rongeurs, souris, rats, hamsters. Le signal entre par l'œil et son message passe de la rétine au NSC (noyau suprachiasmatique) par une voie nerveuse particulière. De là, il va vers un ganglion qui contrôle des voies nerveuses importantes, puis vers la glande pinéale, une autre horloge qui sécrète de la mélatonine. C'est l'hormone de la nuit, pour les espèces diurnes aussi bien que nocturnes. Pendant le jour, la quantité de mélatonine qui circule dans le sang est faible (souvent nulle) ; elle grimpe rapidement au début de la nuit et reste élevée, pour ne dégringoler qu'avec le début du jour suivant. Lorsqu'un « flash » de lumière (de plusieurs minutes) vient interrompre la nuit, la sécrétion de mélatonine s'effondre. Le NSC interprète le message de ce signal nocturne et passe à la pinéale la consigne de tarir la sécrétion de mélatonine. Ainsi, chez de nombreux animaux, le synchroniseur lumière-obscurité agit sur la rétine (par l'intermédiaire de photorécepteurs), puis sur l'horloge NSC, elle-même couplée à l'horloge pinéale. Ainsi, toujours pour ces mêmes animaux, une concentration plasmatique élevée de mélatonine signifie, pour de nombreux organes, qu'il fait nuit. La concentration faible ou nulle de mélatonine signifie qu'il fait jour. Autre fait important, c'est par la durée de la sécrétion (élevée) de la mélatonine que l'organisme animal « mesure » la durée de la nuit. Ceci est important pour la simple raison que la durée respective du jour et de la nuit varie avec les saisons, de la nuit la plus courte, au solstice d'été (21 juin, dans l'hémisphère nord), à la nuit la plus longue, au solstice d'hiver (22 décembre). Par l'intermédiaire de ses horloges circadiennes et des signaux jour-nuit l'organisme animal peut se situer, non seulement dans l'échelle des vingtquatre heures, mais aussi dans celle de l'année. Variation de la concentration de la mélatonine sur une periode de 24 heures. On observe que les personnes agées produisent moins de mélatonine durant la nuit, d'où leur difficulté d'adaptation aux changements d'horaires. La synchronisation de l'humain par le cycle jour-nuit diffère sensiblement de celle des autres animaux. Le flash nocturne, capable d'arrêter la sécrétion de mélatonine. Pour être efficace, ce flash doit avoir une certaine durée mais, plus important encore, une certaine intensité. Elle s'exprime en lux, l'unité d'éclairement. Chez le hamster, la souris, le rat, quelques lux de lumière (de l'ordre de 1 à 100) suffisent pour tarir la sécrétion de mélatonine. Chez l'humain, un effet comparable n'est obtenu qu'à condition de mettre en œuvre un éclairement très puissant, de l'ordre de 3000 lux. Une différence énorme. La lumière artificielle d'une pièce, bien éclairée la nuit, est de l'ordre de 500 lux. Il est donc possible de synchroniser les horloges biologiques humaines en manipulant le cycle lumière-obscurité. Dans de nombreux centres, aux USA, et en Europe, de forts éclairements diurnes artificiels (jusqu'à 10000 lux. comme celui d'une belle journée ensoleillée) sont utilisés pour remettre de l'ordre dans l'organisation temporelle de certains malades, tels ceux qui souffrent de dépression saisonnière ou du décalage horaire résultant du franchissement de nombreux fuseaux horaires. Les résultats obtenus par la « photothérapie » sont fort intéressants. Mais pour en revenir à la synchronisation quotidienne de nos horloges, l'éclairement intense est une situation exceptionnelle. Une question se pose : en quoi l'humain et les autres animaux se ressemblent et diffèrent en matière de synchronisation ? Si le cycle jour-nuit est un synchroniseur important, il est loin d'être le seul que les animaux utilisent. L'alternance du bruit et du silence, du chaud et du froid, des odeurs fortes et faibles, etc., suivant une période de vingt-quatre heures, jouent également le rôle de synchroniseurs. Dans un laboratoire, où alternent douze heures de lumière et douze heures d'obscurité, séjournent deux groupes de souris. Les animaux de l'un sont intacts, ceux de l'autre ont été rendus aveugles. (Il s'agit d'une expérience relativement ancienne. Aujourd'hui, les comités d'éthique pourraient s'opposer à sa réalisation.) Les animaux aveugles, qui ne perçoivent plus l'alternance lumière-obscurité, désynchronisent rapidement leurs rythmes dont la période diffère alors de vingt-quatre heures. Ceux des animaux intacts conservent une période égale à vingt-quatre heures. Mais, après quelques semaines, les choses changent. Les souris aveugles ont, à nouveau des rythmes de vingt-quatre heures. Il s'est passé ceci : l'alternance régulière du bruit et du silence (et peut-être des odeurs), résultant du rythme activité-repos du groupe des souris intactes, a synchronisé les rythmes (irréguliers d'un animal à l'autre) des souris aveugles. Les signaux du synchroniseur lumièreobscurité ont été remplacés par ceux du synchroniseur silence-bruit, entre autres. Une souris s'intéresse toujours à ce que font ses voisines. Elles se lèchent, se flairent, s'asticotent à des heures précises. Ainsi, les animaux disposent de nombreux synchroniseurs capables, sans doute, « d'informer» le NSC, même s'il existe, pour ce faire, une priorité neurophysiologique pour les signaux lumineux. C'est dans ce domaine que la synchronisation de l'humain diffère de celle des autres mammifères. Les éclairements intenses ne font pas partie de notre envirronnement habituelle. Les signaux de notre synchronisation appartiennent essentiellement à nos rythmes sociaux. Nous trouvons nos donneurs de temps dans les impératifs horaires de notre vie sociale, autrement dit, dans la trinité : métro-boulot-dodo. Les obligations liées aux horaires de travail et ce qui s'y rapporte, le réveille-matin, les transports, les difficultés des tâches, mais aussi le besoin de moments de détente avec la famille, les amis, la télé et le respect indispensable des heures de repos et de sommeil, tout cela nous fournit, en abondance, des signaux temporels. Pour le savoir, un type particulier d'expérience fut nécessaire, l'isolement d'un groupe de sujets. Par l'isolement individuel, nous savons que la période en libre cours des rythmes circadiens diffère d'un sujet à l'autre. Par l'isolement (absence de repères temporels) d'un groupe de sujets, nous savons que la période en libre cours des rythmes circadiens est la même pour tous les sujets et qu'elle diffère de vingt-quatre heures. Le rythme des interactions sociales a donc bien la capacité d'abolir les différences interindividuelles en entraînant sur la même période tous les sujets du groupe. Ces phénomènes sont plus faciles à comprendre si l'on admet qu'il existe des horloges biologiques dans le cortex cérébral de l'humain. La reconnaissance consciente d'un signal social, à une certaine heure, peut avoir un effet synchronisant de nos rythmes. Notamment les nombreux bruits matinaux qui accompagnent la reprise de l'activité humaine et qui nous donnent l'heure. De plus, le début du jour et celui de la nuit sont aussi des signaux temporels parfaitement identifiables ; ils pourraient agir sur nos rythmes, même si l'éclairement est insuffisant pour modifier notre sécrétion de mélatonine. Ainsi, les variations périodiques de notre environnement sont capables de remettre à des heures convenables les pics et les creux de nos rythmes circadiens et de les ramener à une période de vingt-quatre heures. Les synchroniseurs ne créent pas les rythmes, ils permettent de les ajuster à ceux de l'environnement, ce qui nous est indispensable. Copyright © Strasbourg 2005 Jet-lag : quand l'horloge biologique est bouleversée Certains phénomènes qui entraînent une variation des paramètres qui synchronisent l'horloge sont la cause de "déréglage" du système qui régit nos rythmes bilogiques. Nous allons, ici, étudier le phénomène du "Jet-lag". Définition Le terme anglais "jet-lag" désigne les troubles physiques et psychiques dus à un vol intercontinental. Ces troubles sont constatés sur des vols qui traversent au minimum quatre fuseaux horaires mais pas pour des vols Nord-Sud (un vol Paris-Johannesburg n'a pas d'influence contrairement à un vol Paris-Tokyo). Le jet-lag est néanmoins différent selon la direction du vol (cf. Pourquoi ?). Symptômes La désynchronisation de l'horloge entraîne chez les voyageurs les troubles suivants : troubles du sommeil, fatigue plus ou moins intense, difficultés de concentration, vertiges, irritabilité (malaise psychologique) et baisse des performances des capacités d'apprentissage. Plus le nombre de fuseaux horaires franchis est grand, plus ces symptômes peuvent être marqués. Qui est touché par le jet-lag ? Plus de trois quart des voyageurs sont touchés par le jet-lag mais tout le monde n'est pas touché de la même manière car chaque être humain a sa propre horloge biologique. Il a été prouvé que les jeunes enfants semblent peu affectés (horloge biologique immature ?). Les personnes les plus touchées restent néanmoins les personnes attachées à une routine et ceux qui n'aiment pas le changement. Les pilotes professionels et les hôtesses sur long courrier sont aussi touchés par ce phénomène. Une étude a montré que l'on ne s'"habitue" pas au jet-lag, il apparaît que le personnel naviguant sur des vols transméridiens depuis plus de quatre ans présentent des temps de réaction plus longs aux tests de mémoire. Cet effet n'est pas observé parmi le personnel naviguant des compagnies bénéficiant d'un délai plus important (supérieur à 14 jours) entre deux vols transcontinentaux. Le jet-lag peut donc avoir des effets à long-terme et dégrader le fonctionnement des rythmes biologiques. Pourquoi ? Un décalage horaire de trois heures provoque la désynchronisation de l'horloge, le rythme circadien est alors décalé. Cette désynchronisation porte sur des facteurs externes (heures de repas, activité, endormissement) ainsi que sur des facteurs internes (changement d'horaire, rythme de la température, cycle hormonal). Un décalage horaire provoque un dérèglement de tous ces paramètres. La sécrétion de la mélatonine régulée par l'alternance lumière/obscurité ne se fait alors plus correctement. Il y a également un problème de régulation du sommeil : l'alternance jour/nuit, éveil/repos est perturbé. Bref, l'organisme garde les rythmes biologiques de l'endroit d'origine qui ne concordent pas avec le fuseau de destination. Voler d'est en ouest (Paris-New York) est plus facile que l'inverse (ouest vers l'est) car dans le cas d'un vol Paris-New York, on annule les synchroniseurs, et on allonge la durée de la période circadienne (on vit une journée plus longue) alors que dans le cas inverse, le vol impose un jour plus court et la période circadienne s'allonge de nouveau, cela qui est non sans poser certains problèmes. Comment lutter contre le jet-lag et se "resynchroniser" ? Pour les personnes les plus sensibles, il est conseillé de s'adapter au fuseau horaire de la destination en décalant ses horaires de lever et de coucher avant le départ. Pour les autres, il est préférable de régler sa montre sur l'heure d'arrivée pendant le vol. Un bon sommeil avant et pendant le trajet est également conseillé afin de ne pas dormir à l'arrivée et de pouvoir mieux s'adapter. Ainsi, les médecins conseillent l'emploi de somnifères ou de sédatif à base de plantes. Il faut éviter les excitants (alcool, café, tabac). Les précautions à prendre pendant le vol sont également de ne pas abuser des repas servis (ne mangez que le strict nécessaire), de se désaltérer avec de l'eau et de faire quelques exercices de stretching, spécialement pour les jambes, ainsi que quelques pas et flexions en allant aux toilettes. A l'arrivée, il faut s'exposer le plus possible à la lumière et ne pas rester confiner dans sa chambre afin que le cycle de sécrétion de mélatonine se resynchronise. Il faut aussi rester réveiller et lutter contre la somnolence à l'aide de boissons contenant de la caféine. Les chercheurs tentent de développer la mélatonine pour lutter contre le jet-lag, le principe est d'administrer de la mélatonine aux heures où elle devrait être naturellement sécrétée, pour pallier les effets du décalage horaire. Des essais ont été tentés dans ce but avec succès. Néanmoins, cette hormone n'est pas encore disponible en Europe. Il n'y a pas encore de sécurité suffisante quant à sa provenance, naturelle (extraite de cerveau de bœuf) ou synthétique et les effets secondaires sont encore mal connus (baisse de fertilité chez l'homme,...). Un exemple de médicament à base de mélatonine pour lutter contre le jet-lag. Remarque : le passage d'heure d'hiver-heure d'été est néanmoins sans influence chez l'homme. Bien qu'il soit un décalage horaire, ce dernier est très faible et n'est pas du tout nuisible à l'organisme. Conclusion Notre problématique était “Comment peut-on modifier le fonctionnement de l’horloge biologique ?“. Suite à nos recherches et aux nombreuses observations effectuées, nous pensons pouvoir répondre clairement à la question. Il nous parait clair qu’il est pour l’instant encore impossible de modifier directement les horloges biologiques (de façon chirurgicale ou autre). Bien que de nombreuses expériences aient été menées sur des animaux de laboratoires (rats, hamsters, drosophiles, etc.), les scientifiques n’ont pas encore réussi à effectuer de pareilles opérations sur l’homme. Les progrès qui seront menés dans les prochaines années permettront sans doute d'élucider les mystères de l'horloge biologique et de ses réactions oscillantes. Malgré cela les opérations qui permettraient de modifier directement l'horloge biologique auraient tout de même des problèmes d'éthique à surmonter. En fait, sans nous en rendre compte, nous modifions chaque jour le fonctionnement de notre horloge. Effectivement, le principal synchroniseur de l’espèce humaine est la société. L’homme impose à l’organisme un cycle obéissant à la trinité “métro/boulot/dodo“. La preuve en est faite que bien que chaque individu ait sa propre horloge, tout le monde suit le même rythme régit par les heures de travail. Cela est nuancé par les habitudes propres à chaque personne : heure de levé/couché, nombre d’heures de sommeil, etc. Le moyen le plus direct que nous avons de modifier notre horloge est de voyager. En effet, nous avons pu mettre en évidence que les décalages horaires causent un dérèglement brutal de nos horloges (cf. Jet-lag). Malheureusement ce dérèglement a plusieurs effets secondaires, dus au temps d’adaptation des horloges qui varient de 1 à 5 semaines. Ainsi, le monde actuel nous soumet à un rythme qui n’est pas naturel (pas de variations lors des changements de saisons). Nous modifions donc chaque jour le fonctionnement de notre horloge. Copyright © Strasbourg 2005 Lexique Circadien : de période environ égale à une journée (24 heures). Endogène : qui est produit par le corps en dehors de tout apport extérieur. Exogène : qui provient de l’extérieur du corps. Follicule : ensemble des cellules folliculaires entourant l'ovocyte, ces cellules se multiplieront lorsque l'ovocyte débutera sa croissance. Ganglion : petit ronflement situé sur le trajet de certains nerfs et vaisseaux lymphatiques Glande pinéale (ou épiphyse) : Organe neuro-endocrine (qui déverse ses sécrétions directement dans le sang), sensible à la lumière. La glande pinéale secrète notamment la mélatonine. Gonade : ce sont les organes qui produisent les cellules reproductrices : ovaires chez les femelles, testicules chez les mâles. Infradien : dit de basse fréquence, de période supérieure à 24 heures. Héliotrope : du grec hêliotropion : qui se tourne vers le soleil. Plante dont le mouvement suit la course du soleil. Héliotrope est aussi le nom d’une plante. Mélatonine : La mélatonine est une molécule ayant une fonction d’hormone, fabriquée par la glande pinéale. Elle intervient dans l’alternance veille/sommeil, qu’elle "cale" sur l’alternance jour/nuit. Aux USA, où elle est en vente libre, on l'utilise comme remède aux troubles du sommeil , au décalage horaire mais aussi comme médicament "antivieillissement". Sa vente est interdite en France où elle n’a pas un statut de médicament. Noyau suprachiasmatique : L'horloge biologique interne est localisée chez les mammifères au niveau des noyaux suprachiasmatiques, situés dans l'hypothalamus à la base du 3° ventricule. Cette petite structure paire, composée du regroupement d'environ 10 000 neurones, reçoit les informations lumineuses directement de la rétine par l'intermédiaire d'un faisceau empruntant le nerf optique mais distinct des voies visuelles,le tractus rétino-hypothalamique.Les NSC contrôlent les variations journalières de la plupart des paramètres physiologiques et comportementaux ( taux hormonaux, prise alimentaire, rythme veille sommeil, température interne, etc.) Photopériode : durée du jour, considérée du point de vue de ses effets biologiques. Sédatif : se dit de toutes substances qui agit contre la douleur, l’anxiété, l’insomnie, ou qui modère l’activité d’un organe. Ultradien : dit de haute fréquence, de période très courte inférieure à 24 heures. Copyright © Strasbourg 2005 Sources Œuvre La chronobiologie Les rythmes biologiques mode d'emploi Que sais-je ? : les rythmes biologiques Ces hormones qui nous gouvernent Pour la science de septembre 1995 Auteur DR. Marc Schwob Alain Reinberg Alain Reinberg Contribution de plusieurs spécialistes Revue scientifique Sites visités : http://perso.wanadoo.fr/ouestsante/CB.htm http://www.inrp.fr/primaire/dossier_doc/dossier_doc4.htm http://www.euroestech.net/resources/815.pdf http://www.douglas.qc.ca/ncermakian/horloges.pdf http://membres.lycos.fr/jmcmed/rythmes/rythme_4.htm http://www.lichttherapie.de/france/decalage.htm http://www.di.ens.fr/~granboul/enseignement/formes/reactionsoscillantes/belousov.html http://www.vivantinfo.com/numero4/modelisation_rythmes.html http://asthma.nationaljewish.org/programs/results/melatonin.php http://sommeil.univ-lyon1.fr/articles/challamel/sommenf/courbe.html http://sommeil.univ-lyon1.fr/articles/challamel/sommenf/horstemps.html http://www.unige.ch/sciences/chimie/images/protocole%202004.PDF http://rescif.risc.cnrs.fr/Ecole/ryth_circad.html Copyright © Strasbourg 2005
