Un Peu d`Histoire L`histoire des rythmes biologiques remonte à l

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 veille-
sommeil.
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).