POURQUOI DORMONS NOUS?? • Expériences de privation de sommeil • Conservation de l’énergie : diminution de la dépense énergétique par diminution du métabolisme de base… et chute de la température corporelle. DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. POURQUOI DORMONS NOUS?? • Fonction restauratrice de l’organisme : - synthèse protéique - mitoses - sécrétion de l ’hormone de croissance - augmentation du temps de sommeil quand exercice physique intense, quand grossesse, quand croissance Surtout pendant sommeil lent profond DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. POURQUOI DORMONS NOUS?? • Fonction restauratrice du système nerveux central : - rôle dans la mémorisation et dans l’apprentissage de tâches nouvelles - rôle dans la vie psychique (rêves) DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. FONCTIONS DU SOMMEIL • Maturation cérébrale • Sommeil lent profond : sommeil réparateur, restaurateur • Sommeil : secrétions hormonales et notamment hormone de croissance • Sommeil paradoxal : rôle dans la mémorisation DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. Privations de sommeil • Totales chez l’animal : - Kleitman 1924 : ⇓ Globules rouges, perte d’intérêt chez chiot pendant 4 jours - Rats : mort spontanée à J40 - Retschaffen et Kales : experience d’une plate forme tournante en piscine (rats privés/rats contrôles) DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. Privations partielles • En sommeil paradoxal : augm prise alimentaire, hypothermie • En sommeil lent profond : prise alimentaire et poids…. Mort à J41 • Mais pas de privation sélective en SP ou en SLP. DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. Privations chez l’homme • Totales : 264 heures par Randy Gardner, 205 heures par UCLA • Effets de la privation : - somnolence - micro sommeils - diminution des performances - irritabilité, agressivité - Désorganisation cognitive (troubles visuels, désorientation temporelle, troubles intellectuels). DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. Apprentissage et sommeil • Controverse • Consolidation mnésique pendant le sommeil rappel meilleur si période de sommeil entre phase d’apprentissage et tests de rappel. Plusieurs hypothèses… • Augmentation du SP après un apprentissage DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. Sommeil et énergie Eveil : libération de NA, 5-HT… Augm AMPc dans astrocytes Déplétion en glycogène cérébral Déficit énergétique transitoire Augm adénosine DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. L’adénosine Besoin en sommeil augmente pendant l’éveil Libération adénosine dans cortex Théophylline Caféine - Stimulation récepteur A1 Augm conductance neuronale potassique Potentialisation synchronisation corticale Augm SLP DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. Les fonctions du sommeil • Phénoménologie connue • Structures et mécanismes impliqués connus • Rôle du sommeil? – Etat de sommeil ubiquitaire (tout le monde animal) – Définition électrophysiologique du sommeil: mammifère et oiseaux – Lien avec l’homeothermie – Forme évoluée de la phase de repos? – Perte de conscience: diminution de la réactivité à l’environnement (défaut d’adaptation?) – Le besoin de sommeil devrait justifier cette perte de conscience – Selon Krueger: PDC justifiée par l’état fonctionnel des connexions neuronales lors du processus de plasticité neuronale DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. Les fonctions du sommeil • Aspects comportementaux: Rôle sur l’organisme entier? • Rôle au niveau du SNC, et notamment du cortex cérébral: plasticité synaptique • Données pour comprendre – Ontologie – Evolution phylogénique – Régulation homéostatique DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. Les fonctions du sommeil: définition • Un état spécifique induisant un besoin corrigé par le sommeil • Fonction principale et fonctions secondaires • Régulation homeostatique: contrôlé par une ou deux variables dont la découverte indiquerait la fonction – Critère d’homeostasie – Mécanismes cellulaires et moléculaires – Eléments de rétrocontrôle de la régulation DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. Les fonctions du sommeil en relation avec l’organisme entier • Fonction de restauration (réparation) – Processus biochimiques et physiologiques qui se sont dégradés au cours de la veille (Oswald et Harmann, 1970) – Pic de Sécrétion de GH en SLP – Taux élevés de mitoses et de synthèse protéique associés au sommeil – Augmentation du SL en situation de croissance ou de dépenses élevées (grosses, puberté, hyperthyroïdie, exercice) • Données expérimentales discutables – Effet de l’exercice est lié à l’augmentation de la température centrale – Effet de la privation de sommeil sur les fonctions physiologiques DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. Les fonctions du sommeil en relation avec l’organisme entier • Conservation de l’énergie (Allison, 1970) – Apparition du sommeil avec l’homeothermie – Les espèces homeothermes doivent réduire le coût énergétique élevé de l’endothermie – Métabolisme de base réduit pdt le sommeil (SLP) – Réduction des dépenses énergétique lié à l’immobilisation, à l’endormissement, au rythme circadien – Réduction du MB de 5 à 25% – Réduction du métébolisme cérébral de 30% (différences régionales) • Réduction métabolique en SLP est spécifique (supérieure à celle en repos éveillé) – Réajustement du set point: lien endothermie et sommeil – Continuum entre SL, torpeur, hibernation • • Prix important (perte de conscience) par rapport au bénéfice Le sommeil fixerait une limite à la dépense métabolique (animaux à taille réduite et à métabolisme élevé): selon Zepelin DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. Les fonctions du sommeil en relation avec l’organisme entier • Fonction adaptative (Webb et Meddis) – Sommeil: processus de contrôle du comportement – Finalité: survie – Pressions de l’environnement favorisent parfois les comportements de non réponse indispensables à la survie d’une espèce – Sommeil: maintien de périodes de non réponses – Arguments phylogéniques: rapport proie prédateur DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. Les fonctions du sommeil en relation avec l’organisme entier • • • • • Rapports entre le sommeil et le fonction immunologique (préservation de l’espèce) Privation de sommeil: dysfonctionnement immunitaire Système immunitaire favorise le SL pour optimiser les ressources internes contre l’agent pathogène Le sommeil est important pour le fonctionnement normal du système immunitaire en relation avec le système endocrinien Lien cytokines – sommeil – IL-2 renforce le sommeil – IL-4 supprime le sommeil – Les processus de sommeil modulent la produciotn et la libération des cytokines • Lien avec plasticité neuronale – SCGF (somnogenic cytokine growth factor) – Neurotrophines sont des cytokines – Tumor Necrosis Factor alpha: régulation sommeil, relation avec activité neuronale, agit sur la plasticité DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. Les fonctions du sommeil en relation avec les fonctions cérébrales • Nombreuses hypothèses depuis 15 ans – Fonction cérébrale et plasticité synaptique – Consolidation (maintien) de la connectivité neuronale – Régulation synaptique (maintien ou supression) • • Lien avec SP ou SLP Sorties du SNC: pensée, perception, action – Activations de population neuronale en évolution permanente selon leur usage ou non • Entrées: apprentissage et mémorisation – Plasticité synaptique (LTP, LTD, sensibilisation et habituation) – Processus morphologique (syntghèse protéique), électrique (canaux K+), biochimiques (AMPc et second messager, protéine G) • Fonction restauratrice: synapses et neurones – Moruzzi: restauration de la synapse dont la plasticité a varié au cours de l’éveil grâce aux processus corticaux inhibiteurs prédminant en SP DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. Les fonctions du sommeil en relation avec les fonctions cérébrales • Hypothèse de Jouvet (1975,, 1991) – SP sert à la maturation de comportements innés, génétiquement programmés – Certains programmes génétiques ont besoin d’être renforcés périodiquement afin d’établir et de maintenir fonctionnels les circuits synaptiques responsables de l’hérédité comportementale – Les générateurs de l’activité PGO sont impliqués dans cette programmation itérative – Lien Activité PGO et mouvements coordonnnés des globes oculaires (Berger) • Hypothèse de Crick-Mitchison (1983) – SP: élimine les interactions indésirables dans les réseaux neuronaux corticaux – Désapprentissage de réponses comportementales obsolètes – Elimination des connections interneuronales parasites DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. Les fonctions du sommeil en relation avec les fonctions cérébrales • Hypothèse de Krueger – Obal (1993 – 2003) – Sommeil lent profond: préserve l’efficacité des synapses nouvellement activées au cours de l’éveil – Consolidation des synapses nouvellement formées – Hypothèse qui intègre la cascade des événements faisant intervenir la libération et l’induction de cytokines somnogéniques et de facteurs de croissance associés aux processus de plasticité synaptique – Intègre aussi les variations associées d’expression génique de molécules impliquées dans cette plasticité DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. Les fonctions du sommeil en relation avec les fonctions cérébrales • Hypothèse de Kavanau (1994-2002) – Evolution phylogénique: le sommeil correspond à une adaptation à la demande croissante imposée au cerveau de traiter des activités parallèles souvent conflictuelles au cours de l’éveil – Lié à l’accroissement du traitement de l’information et aux réponses à fournir – Nécessité de maintenir les mémoires existantes et en créer des nouvelles • • • Le sommeil primitif (évolution la plus récente: SLP) auraient pour rôle de renforcer de manière « non coordonnée » des éléments de mémoire (circuits élémentaires) et de les mettre en relation L’activité à ondes lentes serait à la base de ce renforcement Le développement ultérieur du SP chez les mammifères et les oiseaux auraient permis l’accroissement des capacités de mémorisation par la stimulation et le renforcement coordonné de circuits mémoires par le jeu de l’activité à fréquence rapide DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. Les fonctions du sommeil en relation avec les fonctions cérébrales • Hypothèse de Tononi (2003) – La fonction du sommeil est liée à l’homeostasie synaptique – Eveil: lié à la potentiation à long terme (LTP) dans différents circuits corticaux – La régulation homéostatique de l’activité de sommeil à OL est en relation directe avec le niveau de potentiation synaptique survenue durant l’éveil – L’activité à OL conditionne la mise au repos (downscaling) synaptique (induction de gènes impliqués dans les processus de dépression synaptique) – La mise au repos synaptique est en relation directe avec les effets bénéfiques du sommeil sur les fonctions cellulaires et l’amélioration des performances à l’éveil – Ce n’est pas l’éveil qui conditionne l’activité à OL mais la potentiation synaptique – Le sommeil est le prix à payer pour la plasticité synaptiques s’établissant au courq de l’ éveil actif DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. Récepteurs couplés aux protéines G DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. Les fonctions du sommeil • Rôle clé (fonction primaire?) dans l’établissement et la consolidation de la connectivité neuronale ou de la plasticité synaptique • Le sommeil participe donc aux processus de mémorisation et de traitement de l’information • L’homeostasie du sommeil est intégrée dans cette fonction • Mécanismes cellulaires, biochimiques, génétiques sont pris en compte • Rôle du sommeil sur l’organisme (fonction devenue secondaire) DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph. Bibliographie DIU Sommeil 2006-2007 – Derambure Ph.