Mise en place des rythmes biologiques au cours du développement

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1 Mise en place des rythmes biologiques au cours du développement H. DE LEERSNYDER (1) Du fœtus au nouveau-né puis à l enfant, l installation des rythmes biologiques répond à une progression rapide de la maturation cérébrale. Les mécanismes de la régulation neurovégétative, génétique, biochimique, qui soustendent ces rythmes sont encore méconnus, et pourtant ils sont extrêmement stables dans l espèce humaine, en dehors de pathologies cérébrales rares et graves. MISE EN PLACE DES PREMIERS RYTHMES PENDANT LA VIE FŒTALE Les études des rythmes chez le fœtus reposent sur les échographies fœtales et sur la surveillance des rythmes cardiaques. L échographie, de plus en plus performante, permet d observer des mouvements fins tels que les mouvements des membres, les mouvements oculaires, le bâillement, la succion. Les battements cardiaques apparaissent vers 6-9 semaines, les premiers mouvements du tronc et des membres à 9-13 semaines, les mouvements respiratoires à 9-12 semaines, les mouvements de succion à 15 semaines, les mouvements oculaires à 16 semaines. Au début, on différencie seulement des périodes de calme et des périodes d agitation. On ne peut pas parler de sommeil ou d éveil, mais d états comportementaux répertoriés comme calme ou agité. C est seulement vers la vingtième semaine de vie intra-utérine que l on distingue une alternance d activité et d immobilité qui sera clairement identifiée à partir de 24 semaines. Ces périodes sont indépendantes de l environnement. Bien que les variabilités du rythme cardiaque corrélées aux mouvements fœtaux suggèrent l existence d un «sommeil fœtal», un consensus établit qu il n existe pas d état de sommeil avant l âge de 27 semaines après la conception (7). Le sommeil du fœtus est totalement indépendant de celui de sa mère, mais il existe déjà une certaine organisation circadienne de la vigilance : le fœtus a une période active entre 21 et 24 heures, au moment où la mère se repose, ce qui correspond probablement à des variations des taux de glucose et de cortisol maternels. Ce rythme va disparaître après la naissance pour faire place au rythme ultradien du nouveau-né. Le fœtus dort beaucoup et même à l accouchement le bébé dort, sauf au moment des fortes contractions utérines et à l expulsion. ÉTUDES DES RYTHMES CHEZ LE PRÉMATURÉ Du fait de l évolution des techniques de soins en réanimation, les grands prématurés sont viables à partir de 24 semaines après la conception. Une étude des paramètres EEG, des mouvements oculaires rapides, des mouvements corporels, du rythme respiratoire permet alors une exploration des rythmes repos-activité et veillesommeil pendant des périodes limitées dans le temps. Toutefois, ces études des rythmes doivent tenir compte des conditions de réanimation et ne reflètent pas nécessairement la vie intra-utérine. Il n existe pas, actuellement d étude longitudinale sur des périodes prolongées de la maturation de l EEG chez les très grands prématurés sans complication médicale inhérente à leur état. À 24 semaines, le prématuré alterne des phases de sursauts et de mouvements brusques avec des périodes d immobilité. Le tracé EEG est discontinu, pratiquement plat avec quelques bouffées d activité fluctuante qui vont s allonger progressivement (14). C est vers 28 semaines que l on détermine une activité de sommeil agité déterminée par l apparition de mouvements oculaires rapides tandis que l activité cérébrale est (1) Services d explorations fonctionnelles du Docteur Plouin, Hôpital Necker-Enfants Malades, Paris. S 840 L Encéphale, 2006 ; 32 : 840-5, cahier 2

2 L Encéphale, 2006 ; 32 : 840-5, cahier 2 Mise en place des rythmes biologiques au cours du développement plus continue. C est seulement entre 31 et 34 semaines que les périodes de sommeil calme et de sommeil agité sont reconnaissables sur des périodes stables. On peut alors considérer qu il existe des cycles repos-activité qui durent de 50 à 60 minutes. Trois états de vigilance sont alors déterminés : la veille agitée, le sommeil agité et le sommeil calme. L activité électrique corticale est de plus en plus continue pendant la veille et le sommeil agité mais reste très discontinue en sommeil calme. L activité en sommeil agité peut être considérée comme le précurseur du sommeil paradoxal et augmente rapidement pendant la vie intra-utérine (2). Il est important de noter que la maturation cérébrale ne dépend que de l âge conceptionnel et est identique in utero et après la naissance. L étude des paramètres EEG permet ainsi de déterminer avec beaucoup de précision l âge réel du prématuré. Elle est également indépendante de l environnement en dehors des soins. La vie extra-utérine n influe pas sur la maturation neuronale et l organisation des états de vigilance. C est à 36 semaines seulement que vont apparaître les premières périodes de veille calme, pendant lesquelles le bébé garde les yeux ouverts, bouge lentement, élabore des contacts avec son entourage. Mais le sommeil occupe toujours plus des 3/4 du temps. LES DEUX PREMIERS MOIS DE VIE Le nouveau-né dort beaucoup, environ 16 à 18 heures par jour. L organisation veille-sommeil ne répond pas à un rythme circadien mais à un rythme ultradien qui se répète toutes les 3-4 heures (1, 16). La vigilance du bébé se compose de 4 stades : le sommeil calme, le sommeil agité, la veille calme, la veille agitée. a) Pendant le sommeil calme, qui dure 20 minutes environ, le nouveau-né est immobile mais son tonus musculaire est important, il n a pas de mimique du visage, les yeux fermés sont immobiles. La respiration est régulière (fréquence : 30 à 40 mouvements respiratoires par minute), le cœur est régulier, la fréquence cardiaque se situe autour de 100 à 140 par minute, le cœur du bébé étant rapide. L EEG enregistre des ondes lentes corticales. Ce stade deviendra le sommeil lent profond. b) Pendant le sommeil agité, le nourrisson présente des petits mouvements corporels, il a des mimiques variées, les yeux sont mi-clos et il existe des mouvements oculaires. La respiration est plus rapide, plus irrégulière, le bébé fait des petits bruits de bouche, émet des sons à type de grognement. En dehors du visage, le tonus du corps est très bas, le bébé est mou. L EEG enregistre des ondes proches de la veille. Ce stade deviendra le sommeil paradoxal. c) Pendant la veille calme, le nourrisson est attentif à l environnement, il a les yeux ouverts, il ébauchera bientôt le premier sourire (vers 1 mois). Durant seulement quelques minutes après la naissance, cet état pourra se prolonger une dizaine de minutes vers 1 mois, une demiheure vers 3 mois. L EEG enregistre des ondes corticales rapides. d) Pendant la veille agitée, le nourrisson s agite, il grimace, pleure, paraît désorganisé, semble avoir mal au ventre (coliques du nourrisson). La respiration est irrégulière, le cœur est rapide. L EEG est continu. L organisation ultradienne des états de vigilance répond au rythme alimentation-veille-sommeil du bébé (6). Quelques remarques importantes permettent de comprendre le nourrisson et d aider les mises en place d interactions mère-bébé de qualité. Si le bébé dort beaucoup, il ne reconnaît pas le jour et la nuit. Il est indifférent à la lumière. La sécrétion de mélatonine par la glande pinéale est très faible. La température reste très stable. Les cycles veille-sommeil durent 50 à 60 minutes. Le nouveau-né ne fait pas de nuits complètes. Le nourrisson s endort en sommeil agité. Celui-ci, précurseur du sommeil paradoxal, donne à la mère l impression que son bébé est agité, elle risque alors de le reprendre, de le réveiller, gênant ainsi la mise en place des cycles de sommeil. Pourtant, on peut penser que le bébé qui s endort «rêve» de ce moment qui précède. Le sommeil agité peut atteindre 8 à 10 heures par jour. Nombreuses sont les hypothèses concernant l importance du sommeil agité puis du sommeil paradoxal au début de la vie. Une des plus intéressantes est la constatation que la maturation et la myélinisation du cerveau débute au niveau du tronc cérébral où se situe le réseau des neurones qui déclenchent le sommeil paradoxal. Pendant la journée, souvent le soir, il arrive que le bébé ne se rendorme pas, ou ne passe pas en sommeil calme entre 2 tétées. Il paraît alors agité, il pleure, il est difficilement calmé par ses parents. ENTRE 2 ET 6 MOIS Le sommeil évolue et se transforme très rapidement. En quelques semaines, les rythmes de vigilance passent d une périodicité ultradienne à une périodicité circadienne organisée comme celle des adultes (figure 1). L apparition d une périodicité jour-nuit débute dès la fin du premier mois de vie. Quelques périodes de sommeil plus longues apparaissent, pouvant atteindre 6 heures, souvent la nuit. Les éveils dans la journée sont également prolongés aux dépens de la veille agitée, le nourrisson devient plus calme, les échanges avec les parents sont plus longs et plus gratifiants (sourires, premiers babils) (10). La qualité du sommeil change, le sommeil agité, qui représentait 50 à 60 % du sommeil à la naissance, ne représente plus que 30 % à 6 mois. Le sommeil calme devient plus profond, avec moins d éveils. Sur l EEG, le tracé alternant disparaît progressivement ; les premiers fuseaux de sommeil (spindles) vont apparaître entre 4 et 8 semaines, témoins d une bonne maturation cérébrale, concomitante d un remaniement des structures thalamocorticales et de la maturation des dendrites ; les pointes vertex sont présentes à 4 mois, les caractéristiques du sommeil lent léger et du sommeil lent profond se mettent S 841

3 H. De Leersnyder L Encéphale, 2006 ; 32 : 840-5, cahier 2 en place. Progressivement l enfant s endort en sommeil DÉVELOPPEMENT DES RYTHMES CIRCADIENS 0-2 mois Rythme ultradien 2-4 mois Rythme 25 heures Après 4 mois Rythme 24 heures FIG. 1. Mise en place des rythmes circadiens. lent, le sommeil lent léger correspondant au stade II du sommeil lent précède le sommeil lent profond. Le stade II est caractérisé par ses rythmes en fuseaux et une abondance modérée de rythmes delta, tandis que le stade III est pauvre en fuseaux et riche en delta (11). Le sommeil agité des premières semaines va faire place au sommeil paradoxal (3). Ce sommeil diminue en quantité, de 50 % à 60 % du temps de sommeil total à la naissance, il va passer à 35 % à 3 mois et atteint les valeurs de l adulte à 1 an (figure 2). Les rythmes circadiens des fréquences cardiaques et respiratoires, de la température corporelle, du cortisol et de la mélatonine apparaissent dans les 2 premiers mois. L amplitude de ces rythmes, faible à 1 mois, va augmenter significativement à partir de l âge de 3 mois. Le rythme circadien de la température et de la mélatonine joue un rôle dans l installation de rythmes veille-sommeil stables (8). La sécrétion de l hormone de croissance en première partie de nuit se met en place tandis que le sommeil lent profond s installe en début de nuit. Toutefois, pendant cette période charnière, les rythmes sont encore peu dépendants de l environnement. Le rythme circadien est un rythme endogène, inné, régulé par une horloge interne. Les expériences en libre cours, effectuées chez l adulte montrent que ce rythme endogène s établit sur une période proche de 25 heures (entre 25,11 et 25,26). Le petit nourrisson qui passe d un rythme ultradien en partie dépendant de l alimentation et de la sensation de faim, se mettra progressivement sur un rythme circadien, mais de 25 heures. Ses périodes de veille et de sommeil se décalent donc de jour en jour. L adaptation à un rythme de 24 heures, correspondant au jour sidéral, c est-à-dire à la rotation de la terre sur ellemême par rapport aux étoiles (23 h 56 min 4 s), nécessite l implication de ce que l on appelle les donneurs de temps (Zeitgeber : les synchronisateurs externes) (4). Il est donc indispensable de ne pas laisser un bébé en libre cours, mais de lui donner des repères pour s adapter peu à peu aux rythmes sociaux. Ces donneurs de temps sont l alternance du jour et de la nuit, mais aussi les rythmes de repas (qui vont passer de 6 ou 7 tétées à la naissance à 4 repas réguliers à l âge de 4 mois), les rythmes sociaux (reprise du travail de la mère, crèche, organisation des fins de journée), alternance repos-activité (promenades, jeux, soins), siestes (régularité des temps où le bébé est dans son berceau) (figure 3). Cette période est donc une période charnière où le nourrisson devra synchroniser ses rythmes endogènes avec l environnement. Elle correspond aussi à une maturation cérébrale rapide qui aboutit, à l âge de 6 mois, à une organisation du sommeil nocturne proche de celle de l adulte. S 842

4 L Encéphale, 2006 ; 32 : 840-5, cahier 2 Mise en place des rythmes biologiques au cours du développement % % 30 % 25 % VEILLE % 20 % HEURES S. PARADOXAL Stade I 20 % 24 % 27 % 25 % 27 % 26 % 6 4 S. INDET. Stade II S. LENT 2 S. CALME Stade III IV SEMAINES MOIS ANNÉES FIG. 2. Ontogenèse des périodes veille-sommeil (D après M.J. Challamel. Organisation des états de vigilance chez le nouveau-né). Alternance jour-nuit Lumière-Obscurité La chambre-le lit Horaires de repas Suppression du bib de nuit Horaires réguliers DE 6 MOIS À 12 MOIS LA 25 e HEURE 25 h 24 h Les donneurs de temps Heure de lever Toujours à la même heure Rythmes sociaux Reprise du travail Mode de garde Rôle du père FIG. 3. Les donneurs de temps. La durée totale du sommeil se réduit progressivement pour atteindre heures sur 24 à l âge de 1 an. L endormissement se fait dorénavant en sommeil lent, l apparition de la première phase de sommeil paradoxal demandera 1 heure. Les cycles de sommeil sont acquis. Ils durent environ 70 minutes pendant lesquelles se succèdent le sommeil lent léger, le sommeil lent profond et le sommeil paradoxal. Le temps passé en sommeil paradoxal diminue très significativement. Le sommeil lent se définit en 4 stades, depuis la somnolence (stade I) jusqu au sommeil lent profond (stade IV) (12, 13). Pendant l endormissement et le premier stade de sommeil, le nourrisson est encore sensible à son environnement, il peut se réveiller facilement. Progressivement le sommeil devient plus profond, le bébé est calme, immobile, le cœur et la respiration sont réguliers, il n entend plus ce qui se passe autour de lui. Puis survient une phase de sommeil paradoxal. À 6 mois, le nourrisson dort entre 10 et 12 heures la nuit. Les composantes génétiques du sommeil vont déterminer dès cet âge-là les gros et les petits dormeurs. L heure de l endormissement est variable d un enfant à l autre, il existe déjà des couche-tôt et des couche-tard, fonction de la régulation thermique, la température baisse en début de nuit. Il existe une grande variabilité interindividuelle que les parents devront apprendre à reconnaître. Le sommeil nocturne étant assez constant, la régulation se fera essentiellement sur la durée du sommeil diurne donc des siestes. À cet âge, le nourrisson redort plusieurs fois dans la journée. Souvent, il dort bien le matin après le bain, puis fait une sieste en début d après midi et se rendort une demi-heure en fin de journée. Pourtant quelques variables physiologiques sont assez constantes et différencient le sommeil du nourrisson du sommeil de l enfant : au moment où s installe le rythme S 843

5 H. De Leersnyder L Encéphale, 2006 ; 32 : 840-5, cahier 2 circadien jour-nuit, le nourrisson est très vigilant dans la journée et dort peu, comme s il devait accumuler de la fatigue pour faire des nuits complètes. Les parents s en inquiètent souvent, pourtant les siestes réapparaîtront progressivement. À l âge de 9 mois, lorsque le rythme est bien installé, beaucoup d enfants passent plus de temps dans le berceau qu ils n en ont besoin. Vers 9 mois, avant la grande aventure de la marche, il leur arrive de sauter un cycle de sommeil en pleine nuit, vers 5 heures du matin. Si tout va bien, ils restent tranquillement dans leur lit à gazouiller puis se rendorment. Enfin, la qualité du sommeil n est pas constante. En début de nuit, le sommeil est plus profond, les stades III et IV sont plus longs. L hormone de croissance est sécrétée en début de nuit, cette fonction étant exceptionnellement mise en défaut dans de rares cas de carence psychosociale majeure. En revanche, dans la deuxième partie de la nuit, le sommeil s allège. le sommeil paradoxal devient plus abondant, qui génère parfois des cauchemars. Entre 2 cycles de sommeil survient un temps de latence qui dure 2 à 3 minutes. L enfant est réveillé mais somnolent, il se retourne, retrouve son pouce ou sa tétine, puis se rendort. Cet épisode n est pas mémorisé s il dure moins de 3 minutes. Mais en cas de troubles du sommeil, l enfant se réveille complètement et peut demander d être rassuré par ses parents (15). À ce stade de la nuit, l enfant, pour se rendormir, reproduit ce qui s est passé à l endormissement (rituel, tétine, câlins ), c est dire la nécessité pour lui d apprendre à s endormir seul, sans être dépendant d un contact physique avec ses parents. À PARTIR DE 3 ANS L entrée à l école est un formidable régulateur du sommeil. Elle agit comme une chronothérapie. Le lever à heure régulière donne le rythme de la journée. Peu à peu l enfant ne dort plus dans la journée, même si le rythme de l école maternelle n est pas toujours adapté à ses besoins réels. Certains enfants auraient besoin de dormir une heure ou deux dans la journée jusqu à 5 ans tandis que d autres n ont plus besoin de sieste. Toutefois, à cet âge, les besoins de sommeil peuvent se réguler sur une semaine, si l enfant est à la maison le mercredi après-midi et peut faire la sieste le week-end (5). Malheureusement, les rythmes imposés à l enfant, notamment dans les grandes métropoles, ne tiennent pas compte de ses besoins. Le centre aéré le mercredi et les pendant les vacances, les courses et les sorties familiales le week-end, finissent par rogner quelques heures hebdomadaires de son temps de sommeil et le laissent fatigué, moins attentif, agité car cherchant son rythme propre. Ses capacités d apprentissage peuvent alors s en ressentir. Surtout s il se couche tard car il regarde la télévision avec ses parents et qu il se lève tôt, mû par un ressort pour ne pas manquer le premier dessin animé du matin. Ainsi, beaucoup de composantes interfèrent pour que l enfant soit en phase, c est-à-dire qu il vive, joue et étudie aux moments de meilleure performance et se repose ou dorme dans les moments de plus faible vigilance. Pour offrir le meilleur aux enfants, il faut tenir compte de ses rythmes circadiens et les adapter aux contraintes socio-économiques pour rechercher le meilleur équilibre possible. ENTRE 12 MOIS ET 3 ANS Le sommeil se stabilise. L enfant dort 11 ou 12 heures pendant la nuit. La sieste du matin disparaît vers 16 mois, l enfant doit alors déjeuner tôt puis faire une grande sieste de l après-midi récupératrice. Cette sieste correspond à une période de faible vigilance, qui se traduira ultérieurement par une phase de moindre performance physique et intellectuelle, tandis qu au contraire, entre 17 et 20 heures, l enfant est particulièrement actif. À partir de cet âge, les rythmes circadiens des sécrétions endocriniennes sont en place. Les troubles du sommeil sont fréquents. Toutes les grandes étapes du développement de l enfant se traduisent par quelques difficultés transitoires du sommeil. À l endormissement il cherche et teste ses limites et peut poser un problème aux parents parfois débordés. L acquisition de la marche, les débuts de socialisation, les changements de la vie familiale, les déménagements, suscitent rêves et cauchemars, l enfant se réveille et appelle ses parents. Il est encore petit et la nuit est longue. S ils justifient la sollicitude parentale, une bonne connaissance des rythmes de l enfant et le respect de ceux-ci concourent à respecter aussi la personne de l enfant, son sommeil et son enfance (9). CONCLUSION L organisation des rythmes biologiques veille-sommeil se met en place dès la vie intra-utérine. L acquisition d un rythme circadien est progressive pendant les premières semaines de vie, puis l organisation du sommeil donne une place prépondérante au sommeil lent tandis que le sommeil paradoxal diminue, remplacé par l éveil. Malgré d énormes contraintes sociologiques, économiques, culturelles, psychologiques, l ontogénie du sommeil est immuable chez le fœtus, le nourrisson et l enfant témoin de l importance de cette fonction pour la survie de l espèce. Références 1. ANDERS TF, KEENER EM. Developmental course of sleep-wake patterns in full-term and premature infants during the first year of life. Sleep 1985 ; 8 : BOOTH CL, LEONARD HL, THOMAN EB. 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6 L Encéphale, 2006 ; 32 : 840-5, cahier 2 Mise en place des rythmes biologiques au cours du développement 5. CLARISSE R, TESTU F, MAINTIER C et al. A comparative study of nocturnal sleep duration and timetable of children between five- and ten-years-old according to their age and socio-economic environment. Arch Pediatr 2004 ; 11 (2) : COONS S. Development of sleep and wakefulness during the first 6 months of life. In : Guilleminault C, ed. Sleep and its disorders. New York : Raven Press, 1987 : CURZI DASCALOVA L. Développement du sommeil et du contrôle du système nerveux autonome chez le prématuré et le nouveau-né à terme. Arch Pediatr 1995 ; 2 (3) : DE LEERSNYDER H. L enfant et son sommeil, Collection Réponses. Paris : Éditions Robert Laffont, DE LEERSNYDER H. Les troubles du sommeil de l enfant. Le concours Med 1999 ; 121 : DE LEERSNYDER H, MUNNICH A. Mélatonine chez l enfant : mise au point et approches thérapeutiques. Mtp pédiatrie 2001 ; 4-1 : DE ROQUEFEUIL G, DJAKOVIC M, MONTAGNER H. Données nouvelles sur la genèse du rythme veille-sommeil de l enfant de 4 mois à 15 mois. Arch Fr Pediatr 1992 ; 49 (6) : DE WEERD AW, VAN DEN BOSSCHE RA. The development of sleep during the first months of life. Sllep Med 2003 ; 7 (2) : HOPPENEROUWERS T, HODGMAN J, ARAKAWE K et al. Sleep and waking states in infancy, normatives studies. Sleep 1988 ; 11 : INGERSOLL EW, THOMAN EP. Sleep/wake states in preterm infants. Child Dev 1999 ; 70 (1) : LAM P, HISCOCK H, WAKE M. Outcomes of infant sleep problems. Pediatrics 2003 ; 111 (3) : LOUIS J, BASTUJI H, CANNARD C et al. Étude longitudinale de l ontogenèse du sommeil chez l enfant de 1 mois et demi à 2 ans : méthodologie et premiers résultats. Neurophysiol Clin 1991 ; 21 : 488. S 845