L`importance de la lumière sur la santé humaine
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L’IMPORTANCE DE LA LUMIÈRE SUR LA SANTÉ HUMAINE ET LA FAUNE David Hicks, Institut des Neurosciences Cellulaires et Intégratives, CNRS UPR3212, Strasbourg, France LA VIE SUR TERRE A ÉVOLUÉ DANS UNE ALTERNANCE PERPÉTUELLE DU CYCLE JOUR-NUIT Toute vie sur terre (animale, plante, bactérie, champignons…) a évolué sous l’influence constante des changements jour-nuit (et saisonniers). Le cycle jour-nuit provoque des variations importantes sur 24 heures de luminosité, de température, d’alimentation… Il est vital de coordonner la physiologie avec les changements environnementaux. L’organisme doit pouvoir anticiper ces fluctuations, et ne pas simplement subir de façon passive. Évolution d’une « horloge « circadienne » trois propriétés fondamentales: 10-6 1012 cd/m2 106 • Autour de 24 heures plasticité; • Le rythme persiste en l’absence des indices externes; • Le rythme peut-être ré-synchronisé par un stimulus externe. L’HORLOGE CIRCADIENNE: UN CHEF D’ORCHESTRE TEMPOREL sommeil cardiaque foie pancréas tissu adipeux intestin La lumière est essentielle pour synchroniser l’horloge circadienne avec l’heure solaire LA DÉCOUVERTE D’UN TROISIÈME TYPE DE PHOTORÉCEPTEUR, LES « CELLULES GANGLIONNAIRES À MÉLANOPSINE » Schéma simplifié de la rétine cônes bâtonnets Cellules ganglionnaires CES CELLULES SONT TRES SENSIBLES A LA LUMIÈRE BLEUE ~480 nm La synchronisation de l’horloge biologique avec l’heure solaire dépend de la lumière bleue LUMIERE BLEUE DU SOIR ET PROBLEMES DE SOMMEIL La lumière bleue ré-synchronise l’horloge biologique à la soirée, et aligne les processus physiologiques en accord Stimulation des Stimulation des cônes cônes bleus verts et rouges Sensation de la lumière blanche UN EFFET MAJEUR DE LA LUMIERE DU SOIR EST LA SUPPRESSION DE LA MELATONINE LA MELATONINE: Prépare l’organisme au sommeil Programme la reproduction Agit comme (neuro)protecteur Agit comme anti-cancéreux (anti-prolifération…) Stimule le système immun Affecte l’expression génétique Rôle dans la vision Elle est présente dans tous les organismes (champignons, plantes, invertébrés…) LUMIERE (BLEUE) DU SOIR PERTURBE LE SOMMEIL… MAIS PAS SEULEMENT Vigilance Humeur Cognition Sommeil Cardiovasculaire Cancer Système Immun Métabolisme Fertilité Réponse au stress Fonction Endocrinienne À la fin du XIXe siècle, avec l'invention de l'ampoule électrique, l'exposition à la lumière artificielle de nuit a augmenté rapidement. Pour la première fois, les humains pourraient efficacement prolonger artificiellement la journée. Le travail posté de nuit a suivi peu de temps après. Au fur et à mesure que la technologie progresse, les humains rencontrent de plus en plus de sources de lumière la nuit, y compris la télévision et les écrans d'ordinateurs, les smartphones et les ordinateurs tablettes. Aujourd'hui, plus de 80% de la population humaine et 99% des personnes vivant aux États-Unis ou en Europe sont exposées à la « pollution lumineuse ». Adapté de Bedrosian & Nelson, 2017 La lumière de soir perturbe l’horloge, affectant ainsi tous les processus réglée par celle-ci LUMIERE (BLEUE) DU SOIR ET CANCER DU SEIN Lumière du soir Suppression de la mélatonine (effets protecteurs anti-cancereux) Dérèglement des gènes horloges Perturbation du cycle veille/sommeil Dérèglement du cycle cellulaire (origine du tumeurs, progression des tumeurs) Études chez l’animal Études chez les travailleuses de nuit Études chez les femmes aveugles Études épidémiologiques LUMIERE (BLEUE) DU SOIR ET PROBLEMES METABOLIQUES Lumière du soir Suppression de la mélatonine (effets protecteurs) Perturbation du cycle veille/sommeil Dérèglement des gènes horloges Perturbation des voies métaboliques (lipides, sucres, ….) Obésité Diabète LUMIERE (BLEUE) DU SOIR ET DEPRESSION Facteurs de risque: sommeil (intimement lié à l’humeur, études corrélatives), perturbation de l’horloge, changements saisonniers, neuroplasticité, neurotransmission… Études chez l’animal EXPOSITION A LA LUMIERE DE SOIR ET EFFETS SUR LA VISION Altération de l’horloge biologique centrale Altération de l’horloge rétinienne Induction des lésions rétiniennes? Vigilance Humeur Lésions rétiniennes: la phototoxicité Sommeil Cognition Vision? Cardiovasculaire Cancer Système Immun Métabolisme Fertilité Réponse au stress Fonction Endocrinienne Rétine de souris ONL ONL INL INL INL GCL GCL GCL témoigne 5 klux 1h, 2j post-traitement 5 klux 1h, 7j post-traitement La lumière bleue présente deux problèmes potentiels: elle est la longueur d’onde la plus « agressive » pour la vision et peut provoquer des lésions rétiniennes (chez les modèles animaux); et elle stimule très fortement l’horloge circadienne, donc toute exposition à la lumière bleue en soirée/nuit perturbe l’alignement de l’horloge. White Light–Emitting Diodes (LEDs) at Domestic Lighting Levels and Retinal Injury in a Rat Model. Shang YM et al. 2014 Environ Health Perspect 122: 269–276 Durée de traitement 0j 9j 28j Témoigne Témoigne LED blanche, 28j LED blanche LED bleue LED bleue, 9j LED blanche, 9j CFL blanche CFL blanche, 9j CFL jaune, 9j Mais il est difficile d’extrapoler les données acquises chez les rongeurs nocturnes (rats, souris) vers l’homme. UNE EXPOSITION A LA LUMIERE DU SOIR A DES EFFETS IMPORTANTS SUR L’HORLOGE RETINIENNE Bmal1 Per1 Per2 Cry1 Cry2 LD DD LL Bobu et coll., 2013 ET LA PHOTOTOXICITE EST AGGRAVEE LA NUIT 0 12 24 JOUR NUIT « JOUR » NUIT TEMOIN 09h00 17h00 01h00 CNE CNI CCG Vaughan et al., 2002 LES PHOTORECEPTEURS SE RENOUVELLENT CONSTAMMENT POUR SE PROTEGER JOUR 08h00 NUIT 20h00 Laurent et Hicks, résultats non-publiés * 4000 3000 BÂTONNETS 2000 1000 Nb. phagosomes / section Nb. phagosomes / section UNE SEULE NUIT DE LUMIERE EST SUFFISANTE POUR PERTURBER LA PHAGOCYTOSE 0 1000 800 600 400 200 0 1 4 7 10 13 16 19 22 1 4 Zeitgeber Time (h) 12 350 * 300 250 200 CÔNES 150 100 50 0 1 4 7 10 13 16 19 Zeitgeber Time (h) 10 0 12 0 Nb. phagosomes / section Nb. phagosomes / section 0 7 13 16 19 22 Circadian Time (h) 0 12 700 600 500 400 300 200 100 0 22 1 Bobu et Hicks, 2009 4 7 10 13 16 Circadian Time (h) 19 22 TRAVAIL POSTÉ ET PROBLÈMES CIRCADIENS ~20% de la population adulte travaille la nuit ET LES EFFETS SUR LA BIODIVERSITE… Une variété de processus biologiques sont connus pour être sensible à la longueur d'onde courte et plus généralement une large gamme de longueurs d'onde émis par les LED blanches, y compris les rythmes circadiens (De Jong et al., 2016), la navigation d'organisme (Van Langevelde et al., 2011; Atnes et al., 2013; Rivas et al., 2015), la reproduction (Gorbunov & Falkowski, 2002), mais aussi les stratégies de s’alimenter. D’AUTRES FACTEURS/CONSIDÉRATIONS Espèces nocturnes >> espèces diurnes Les espèces nocturnes sont plus sensibles à la lumière que nous Carpenter bee (Xylocopa tranquebarica) Limite de détection humaine: ~1 lux Limite de détection Tarsier: 0.001 lux Limite de détection abeille: 0.000063 lux (~1/200 d’une nuit étoilée) Les enfants et les personnes âgées sont-ils plus à risque? L’exposition durant l’enfance peut avoir des effets à longue durée D’AUTRES FACTEURS/CONSIDÉRATIONS Il se pourrait que l’absence de la lumière rouge soit néfaste Albarracin et al., 2011 Et d’autres spectres peuvent aussi avoir des effets (scarabées, araignées) Il faut aussi veiller à recevoir suffisamment de lumière bleue dans la journée, afin de renforcer et synchroniser l’horloge biologique de façon efficace. « …la perturbation chronique des rythmes circadiens a le potentiel de provoquer des problèmes de santé majeurs. » (Stevens et al. 2013 Breast Cancer and Circadian Disruption From Electric Lighting in the Modern World. CA Cancer J Clin En 2007, l'Organisation Mondiale de la Santé a désigné le travail de nuit comme facteur de risque probable du cancer après les résultats d'études épidémiologiques et expérimentales ont prouvé que la lumière de nuit augmente le risque de cancer du sein. En 2016, l'American Medical Association a publié un rapport mettant en garde contre les lampadaires LED riches en bleu, citant les effets néfastes sur la santé humaine. Plus récemment, un consensus scientifique croissant suggère que la lumière de nuit affecte négativement l'humeur (corrélation avec la dépression). Mais la technologie promet de nouvelles solutions aussi. Maisons «intelligentes», luminaires «intelligents» utilisent des LED dont la longueur d'onde varie en fonction de l'heure du jour. Applications pour Smartphones, tablettes et ordinateurs sont disponibles pour filtrer la lumière bleue en soirée. Introduction de nouveaux modèles de lampadaires extérieurs pour concentrer la lumière vers la rue et éviter la fuite verticale de lumière. La liste des systèmes biologiques affectés par la lumière de nuit est longue, mais des recherches supplémentaires permettront de révéler les systèmes critiques et choisir les stratégies adaptées.
