Régulation du sommeil normal. Objectifs du cours PLAN. Rappel: Différents stades de veille et de sommeil Organisation normale du sommeil

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1 PLAN Régulation du Département de Physiologie Montpellier Rappel: Différents stades de veille et de sommeil Organisation normale du sommeil Régulation du Processus Homéostasique Processus Circadien Processus Ultradien Pathologies des rythmes veille-sommeil Conclusion Objectifs du cours Organisation du : Analyse de l hypnogramme Reconnaître les différents états de sommeil et leur organisation normale Expliquer les principaux mécanismes de régulation du Expliquer le fonctionnement de l horloge biologique interne Préciser le type de sécrétion et le rôle de la mélatonine Nuit de d un adulte jeune S1 = 5 % S3+S4 = 25 % S2 = 50 % SP = 20 % B

2 EEG EOG EMG Veille active fréquence rapide mvt oculaires rapides présent calme ondes alpha - présent SL stade 1 ondes thêta mvt oculaires lents présent stade 2 fuseaux + complexes K - présent stade 3 20 à 50% d ondes delta - présent stade 4 > 50% d ondes delta - présent Durée de sommeil d un adulte: 8h Mais grande variabilité: entre 6 et 10 h au dépend du sommeil léger A la naissance: 16 h de sommeil SP: 60 % à la naissance SP ondes thêta mvt oculaires rapides aboli Régulation du

3 Processus Homéostasique Approche expérimentale: Legendre-Pieron 1907 Induction de sommeil chez un chien après injection de LCR d un chien privé de sommeil: Hypnotoxine?? = Processus accumulatif augmentant en veille qui décroît pendant le sommeil Processus homéostasique: Ondes lentes * Représentée par le sommeil lent profond = intensité des ondes lentes au cours du sommeil * Quantification possible par analyse du signal EEG: 0,5-4,75 Hz Ondes lentes à chaque cycle du sommeil Seuil Heures après endormissement Activité à ondes lentes pendant le sommeil en fonction de l âge Organisation en cycles du sommeil Diminution de densité des ondes lentes Diminution de la durée du sommeil Réveil plus précoce Approches expérimentales: Privation de sommeil - Privation de sommeil chez l homme: Maxi 272 h Somnolence-Fatigue, troubles du langage, mémoire, caractère, jugement mais pas d anomalies végétatives ou somatiques Seuil Avance de phase Sujet jeune Heures après endormissement Augmentation des ondes lentes = Processus de rebond Sujet âgé

4 Approches expérimentales: Privation de sommeil - Privation de sommeil chez l homme: Maxi 272 h Seuil Distribution des ondes lentes Approches expérimentales Stimulation chez l homme ou l animal d un hémisphère cérébral Rebond d ondes lentes du coté de l hémisphère stimulé Distribution inhomogène Observations physiologiques: Animal: Sommeil uni-hémisphèrique chez les dauphins/ colverts Augmentation des ondes lentes = Processus de rebond - Privation de sommeil chez l animal (stress ) Mort en 21 j Homme: Localisation préférentielle au Cortex Préfrontal Cortex Préfrontal: Stimulation en veille Sommeil (SLP) = repos du cortex frontal Fonctions du sommeil Intérêt de la question?? Sommeil = état voire plusieurs états Fonction de veille: alimentation, reproduction, travail Fonction nécessaire à l adaptation Nécessité biologique MAIS Sommeil: fonctionnellement important - existe chez mammifères, oiseaux, reptiles - persiste au long de l évolution - se produit dans des environnements défavorables - Privation de sommeil: maximale de 12 j chez l homme compensation de sommeil +++ peut entraîner la mort (21j chez le rat) Fonctions du sommeil lent Caractère réparateur sur fatigue et somnolence Baisse du métabolisme cérébral Baisse de la consommation en 02 Baisse du débit sanguin cérébral Sécrétion de l hormone de croissance : début du SLP

5 Fonctions du sommeil paradoxal Domaine du rêve (90% en raconte après un éveil en SP) Mais à quoi sert le rêve!!! Privation de SP Peu d effet néfaste chez l homme: effet durée??, effet âge Mais récupération donc important +++ Reprogrammation ou réactivation de nos comportements innés Rôle dans les apprentissages en favorisant le stockage dans la mémoire à long terme Processus de maturation? Importante évolution avec l âge: 20% de l adulte mais 40% chez le nourrisson et 70% chez le prématuré et 15% après Processus circadien RYTHMES BIOLOGIQUES Les rythmes : définitions Un rythme biologique se définit comme la variation périodique ou cyclique d une fonction particulière d un être vivant. infradien > 24h circadien ultradien < 24h basse fréquence 24h haute fréquence Rythme circadien: proche de 24 heures - Propriété quasi universelle - Régulation de multiples systèmes physiologiques * Activité locomotrice * T interne, * Secrétions hormonales * Rythme veille-sommeil Mensuel Saisonnier Annuel T corporelle, cycle veille : sommeil, hormones Digestion Activité cardiaque Infradien: période > 30 heures: Rythme des saisons Ultradien: P< 20h: Régulation du sommeil paradoxal 7ans 1an 0.4s 6mois 27j 4j 24h 12h 6h 90mn 4s 1s

6 Marqueurs de la rythmicité circadienne RYTHME CIRCADIEN DE L ALTERNANCE REPOS-ACTIVITE Température interne: Pic à 18 h et creux à 3h Endormissement sur pente descendante 37,5 36,5 C 18 h 3 h pg/ml 3-4 h Mélatonine: Hormone synthétisée par glande pinéale Sécrétion suit alternance Lumière-Obscurité Lumière: Inhibition dose-dépendante Genèse des rythmes circadiens Horloge biologique interne = Noyaux Supra-Chiasmatiques (NSC) Approches expérimentales chez l animal - Lésion du NSC: abolition de rythmicité - Transplantation tissu fœtal chez animaux lésés - Existent dans cellules isolées du NSC Existence de facteurs génétiques

7 Fonctionnement de l horloge biologique Expression rythmique de l activité de gènes (per, tim ) et de la concentration de protéines Boucle d autorégulation Etude chez la souris: KO Clock-Clock PER Gènes de l horloge Per Hétérodimère PER-TIM - TIM Tim Noyau Rythme Plusieurs circadien gènes en normal cause: quand per, tim, environnement bmal1 lumineux normal: LO OO: Lumière faible + constante: Perte du rythme circadien Fonctionnement de l horloge biologique: Approche expérimentale chez l hommel Sujet en Libre cours J1-J5: épisodes de V/S et de T entraînés sur 24h J6-J35: Isolement temporel: Rythmes synchronisés Décalage de 20 min tous les jours Horloge: génère une rythmicité proche de 24 h : 24,18 h Importance des facteurs environnementaux: Signaux externes: Resynchronisation sur 24 h Période : h J 36-J80 :Désynchronisation interne Période du rythme de T : h Période du rythme V/S s allonge:36-40 h

8 Relations entre noyaux suprachiasmatiques et mélatonine Noyaux suprachiasmatiques NUIT ("stimulation" MLT) X Rétine J1J2 Période 24h Rythme température Période 24h30 J1 J2 J3 J4 J23 LUMIERE (inhibition MLT) Noyaux suprachiasmatiques MELATONINE MT 1 12h Synchronisation 12h 12h30 13h 13h30 24h Libre-cours MT 2 Notion de 2 horloges biologiques? Effet prédominant de X Modèle à 2 processus homéostasique et circadien + X Y + Température interne Mélatonine plasmatique Cortisol plasmatique Sommeil lent profond Hormone de croissance Capacité à rester éveillé ou à s endormir dépend de: * Dette homéostasique * Phase du processus circadien

9 Régulation ultradienne: Régulation ultradienne: Contrôle l organisation en cycles du sommeil: Contrôle l alternance SL/SP Processus ultradien Origine? «Pace-maker» dans tronc cérébral Activité alternée de neurones «SP on»: Générateur du SP «SP off»: Inactifs en SP/ actifs en S. Lent-Veille Relation temporelle réciproque Rôle de l hypocrétine: Inhibition des neurones «SP on»? Si absence d hypocrétine: Narcolepsie Endormissements en SP Régulation par inertie du réveil Responsable de la variation de vigilance au réveil notamment en cas de réveil foré Ce processus diminue la performance du dormeur en cas d activité présente dès le réveil Exemples de pathologies du sommeil: Pathologies du rythme veille-sommeil Peu importante en physiologie. Hypersomnie idiopathique ou en travail posté +++ Processus lié à la thermorégulation?

10 TROUBLES DU RYTHME CIRCADIEN Transitoire - Travail posté - Sd de franchissement rapide des fuseaux horaires = Jet lag Chronique - Syndrome de retard de phase - Syndrome d avance de phase - Syndrome d absence de synchronisation sur 24h: Altérations endogènes des rythmes veille/sommeil Troubles du rythme circadien -Physiologie: Polymorphismes de certains gènes: Ex: gène CLOCK, hper3 Corrélation avec typologie circadienne - Pathologies: A, Syndrome de retard de phase : B, Syndrome d avance de phase : Origine génétique fréquente: Mutation dominante du gène hper 2 C, Syndrome de non-synchronisation sur les 24 h = Périodicité de plus de 24h : Décalage tous les jours de 3h Sd d avance de phase: - pathologie rare - forme familiale fréquente - Mutation dominante du gène hper 2 (sérine glycine) -Sd de retard de phase: - plus fréquent, causes variables (formes I et II) - forme I: souvent familiale facteurs génétiques Polymorphisme hper 3

11 JET LAG: Symptômes *Troubles du sommeil: Difficulté d endormissement et de maintien du sommeil Somnolence diurne excessive *Fatigue *Céphalée *Diminution des performances attentionnelles -Diminution des performances physiques + intellectuelles -Morosité *Signes somatiques, troubles gastro-intestinaux Irritation des muqueuses (sécheresse oculaire, nasale) *Crampes, phlébites JET LAG: Facteurs de sévérité Nombre de fuseaux horaires traversés Direction du vol Heure de décollage + atterrissage Hygiène en vol Privation de sommeil-mauvaise qualité du sommeil dans l avion (stress + inconfort) Haute altitude des vols: Baisse de O2 et de Pbaro, faible humidité, turbulence de l air, bruit, peur Susceptibilité individuelle JET LAG: Pathogénie *Désynchronisation externe Rythme circadien du sujet non synchronisé avec les synchroniseurs locaux *Désynchronisation interne Altération des interactions entre les différents rythmes biologiques =Inertie du système: changement variable des différentes hormones en fonction du nouvel horaire JET LAG: Traitement Prévention -en vol: dormir dès qu on en sent le besoin éviter OH, gros repas -à l arrivée: adopter rapidement les horaires V-S du fuseau ne pas dormir le jour si après vol de nuit Thérapeutique: Action sur R circadien Photothérapie, Mélatonine, caféine Hypnotique à demi-vie courte pendant quelques nuits

12 Resynchronisation des rythmes biologiques Impacts potentiels de la mélatonine Effets de la Mélatonine sur sa sécrétion endogène Décalage vers le soir: avance de phase Décalage vers le matin: retard de phase Effet de la lumière artificielle sur la mélatonine plasmatique Entraîne un retard de phase Entraîne une avance de phase Traitement du jet lag: Photothérapie Voyage vers l EST: «traitement d un retard de phase» -Exposition vive à la lumière le matin (après min T ), immédiatement après l arrivée à destination -Intensité de lux pendant 3h sur 3j MAIS dépend du minimum thermique du sujet du nombre de fuseaux décalé -Anticipation: photothérapie le matin qq jours avant le départ Réduction de durée de sécrétion Voyage vers l OUEST: «traitement d une avance de phase» -Application vespérale de la lumière (avant le min T ) si possible avant le voyage

13 CONCLUSION Régulation du : complexe Homéostasique: Ondes lentes, Fonction de la durée de la veille Circadienne Horloge biologique interne: Noyaux Supra-Chiasmatiques Origine génétique Intrication avec le processus ultradien Pathologies des rythmes veille/sommeil - Origine génétique? - Effet resynchronisant de la lumière Mots clés: ondes lentes, homéostasie, mélatonine, température, circadien, noyau supra-chiasmatique, ultradien, génétique