Les RYTHMES BIOLOGIQUES une réponse au temps qui passe. 13 mars 2012 Martine Perret

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1 Les RYTHMES BIOLOGIQUES une réponse au temps qui passe 13 mars 2012 Martine Perret

2 La notion de temps Chronos, dieu du temps Le temps est une image mouvante de l éternité, un grand cercle dans lequel les événements se répètent cycliquement. Platon, III ème siècle avant JC Système solaire selon Galilée, XVI ème siècle

3 Le temps qui passe. Philosophie Des définitions différentes selon les disciplines Passé Physique Avant Je Avenir Après Biologie Naissance Observateur Organisme CHRONOBIOLOGIE Senescence

4 Les rythmes biologiques chez l Homme Un peu d histoire Rythmes saisonniers Rythmes journaliers L entraînement des rythmes biologiques Les perturbations des rythmes Garder de bons rythmes biologiques?

5 La chronobiologie Premières observations Saisonnalité des plantes Reproduction des animaux Cycles menstruels des femmes Cycles des fièvres Rythmes des Comportements Horloge Egypte antique Premiers écrits «Histoire des plantes» Théophraste IV ème siècle av J.C.

6 La chronobiologie Premières descriptions «scientifiques» Les floraisons chez les plantes Périodicité des maladies L horloge florale de Linné Les comportements des animaux migration, reproduction

7 La chronobiologie..une science «jeune» Le photopériodisme chez les plantes Description des rythmes biologiques 1980 Les horloges biologiques Facteurs d entraînement Fonctionnement Structures cérébrales Bases moléculaires

8 De nombreux rythmes biologiques Naissance Senescence < 7 hrs ULTRADIEN Fonctionnement cellulaire 2 x 7 hrs CIRCATIDAL Cycle des marées 24 hrs CIRCADIEN Rotation de la terre 7 jours CIRCASEPTIDIEN 14 x jours SEMICIRCALUNAIRE Cycle lunaire 28 x jours CIRCALUNAIRE 1 an CIRCANNUEL n x ans PLURIANNUEL Rotation de la terre autour du soleil?

9 La chronobiologie à la mode.! Des applications dans de nombreux domaines

10 Les rythmes biologiques chez l Homme Rythmes saisonniers Rythmes journaliers L entraînement des rythmes biologiques Les perturbations des rythmes Garder de bons rythmes biologiques?

11 Rythmes saisonniers Des réponses adaptatives pour être en phase avec les saisons Hormones Balance énergétique Comportements Pathologies REPRODUCTION SANTE

12 Saisonnalité des naissances Pic de naissances en mai / juin légitime Allemagne Suisse illégitime Hongrie Pologne Roenneberg et Aschoff 1990

13 Saisonnalité de la reproduction En automne: augmentation de la fertilité et des comportements sexuels Testostérone Taux d ovulation Activité sexuelle % % Naissances Mai /juin J F M A M J J A S O N D

14 Apports caloriques spontanés Saisonnalité de la balance énergétique Augmentation en automne / hiver prise de poids corporel mise en réserves de graisses Kcal / jour 1950 Graisses abdominales Printemps Eté Automne Hiver (Méjean et al 1994)

15 Saisonnalité des pathologies Début de printemps: *Augmentation de la pression artérielle Pathologie vasculaires, embolie pulmonaire, infarctus *Baisse des défenses immunitaires, Maladies infectieuses, parasitaires Variations saisonnières des hospitalisations dues à des infections Crighton et al. 2001

16 Saisonnalité des pathologies Automne/hiver: comportements pathologiques Dépressions (SAD), violences, suicides, maladies psychiatriques.. Printemps Eté Automne Comportements agressifs Viols Dépressions Hospitalisations psychiatriques Hiver

17 L homme zodiacal: reflet des variations saisonnières des pathologies? Tête Cou Epaules Poumons Coeur Estomac Intestins Sexe Cuisses ^ _ ` a b c d e f Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre Genoux g Janvier L homme Zodiacal Riches heures du Duc de Berry Jambes Pieds h i Février Mars

18 ZODIAC EPIDEMIOLOGIE RYTHMES SAISONNIERS Rythmes saisonniers et épidémiologie Pression artérielle Métabolisme calcique Fonction thyroïdienne Fonction sexuelle maximum Réponses immmunitaires Fonctions digestives minimum Pathologies vasculaires Tumeurs Thyrotoxicose, goître Pathologies sexuelles Ostéopathies Maladies infectieuses Maladies digestives Genoux Jambes Pieds Tête Cou Epaules Poumons Coeur Estomac Intestins Sexe Cuisses g h i ^ _ ` a b c d e f J F M A M J J A S O N D

19 Chronobiologie chinoise PRINTEMPS (4 Février) Jeune YANG Foie, Muscle Vision, colère 5ème SAISON Redistribution Rate, estomac Goût, soucis HIVER (4 Novembre) Vieux YIN Rein, Os, Reproduction ETE (4 Mai) Vieux YANG Cœur, Vaisseaux Toucher, joie AUTOMNE (4 Août) Jeune YIN Poumons, Intestins Odorat, tristesse Ouie, peur

20 Les rythmes biologiques chez l Homme Rythmes saisonniers Rythmes journaliers L entraînement des rythmes biologiques Les perturbations des rythmes Garder de bons rythmes biologiques?

21 Rythmes journaliers Des réponses adaptatives pour être en phase avec l alternance jour/nuit Hormones Veille /sommeil Comportements Santé

22 Organisation temporelle journalière Rythmes journaliers chez l Homme Nuit Cortisol 14h00 Une organisation temporelle «minutée» des fonctions biologiques Vigilance Mélatonine Température corporelle Activité sexuelle Wehr et al 1993 Cajochen et al 2003

23 Cortisol µmol/l plasma Organisation temporelle hebdomadaire Variations circaseptidienne du cortisol plasmatique Température corporelle, réponses immunitaires, pression cardiaque, fonctions d excrétion. Jours Haus et al Origine biologique de l organisation en semaines!

24 Performances et vigilance Les performances et la vigilance sont liées au rythme journalier de température corporelle Mémoire de travail 14h00 Dessin Ecriture Calcul Rythme journalier de la vigilance Blatter et al. 2007

25 Ontogénèse des rythmes Chez certaines espèces, les rythmes journaliers s expriment dès la naissance. nuit jour nuit jour Chez l homme, un rythme journalier n apparaît qu après plusieurs semaines. rythme veille/sommeil chez un nourrisson

26 Applications à la médecine Variation journalière de l efficacité des traitements Heures Sommeil Chronopharmacologie Infections Cancers Maladies auto-immunes Chronopsychologie Dépression Troubles du comportement Réponse des bronches à l acétylcholine Hrushesky, In: Clinical Aspects of Chronobiology

27 Les rythmes biologiques chez l Homme Rythmes saisonniers Rythmes journaliers L entraînement des rythmes biologiques Les perturbations des rythmes Garder de bons rythmes biologiques?

28 L horloge biologique centrale des Mammifères Les noyaux suprachiasmatiques Glande pinéale Noyaux Suprachiasmatiques SCN Chiasma optique

29 La mesure du temps par des horloges biologiques Des mécanismes moléculaires complexes Gènes de l horloge: Présents chez toutes les espèces végétales et animales testées Présents dans de nombreux tissus Conservation au cours de l Evolution

30 Temps en jours jours Fonctionnement endogène Dérive des rythmes en absence de repères temporels Rythme veille/sommeil chez un aveugle heures Michel Siffre après 2 mois passés dans une grotte souterraine en 1962 Veille/sommeil = 33h.40 Chez les aveugles: Période de 24h.30 en moyenne Température interne = 24h.40

31 La période endogène est différente de 24h Variable selon les espèces Diurnes > 24h Nocturnes < 24h Nécessité d une synchronisation de l horloge chaque jour

32 Valeur de la période (h) Chez l Homme, La période endogène varie de 23h à 25h Variations en fonction des types humains, du sexe, des saisons et de l âge A partir d une population aux USA Caucasien Africain Asiatique Smith et al 2009

33 Existence de «chronotypes» Variabilité génétique de la durée du sommeil spontané Phase de sommeil Minimum de température A B C D E F G 70% Types «du Matin» Types «du Soir» Temps local (heures) Chronotypes liés à la période endogène? Baehr et al Duffy et al Roenneberg et al. 2003

34 Des caractéristiques liées aux chronotypes Types «du Matin» Personnes plutôt nées en automne Plutôt des femmes Durées de sommeil plus longues Inadaptation au travail posté Types «du Soir» Personnes plutôt nées en été Plutôt des hommes Adolescents Dette de sommeil fréquente Alimentation peu calorique Personnes plus sujettes à la dépression Adan et al Natale et al Nielsen 2010 Harada et al.2011

35 La lumière comme facteur déterminant de synchronisation des rythmes Hypothèse formulée par Descartes d une relation entre les facteurs visuels et les systèmes nerveux et hormonal. Traité de l Homme 1664

36 Nuit polaire, <2 lux Libre cours et entrainement Les rythmes se synchronisent sur l alternance jour/nuit Homme vivant en Antarctique Libre cours Veille/sommeil: 29 à 33 heures Température corporelle: 24h 30min jour jour Entrainement Veille/sommeil Température corporelle ~ 24 h Kenaway & van Dorp 1991

37 Les structures d entraînement PINEALE Mélatonine PVN Structures Centrales et périphériques «horloge endogène» IGL Hormones Perceptions sensorielles comportements.. / Lumière Rythmes biologiques en phase avec l environnement

38 ???? Vision Photoréception Intensité et longueur d onde Un système différent de la vision localisé dans la rétine Vision Cônes et bâtonnets Intensité (Lux) SCN Non visuel Cellules à mélanopsine sensibles au bleu Soleil de midi Soleil brumeux Jour nuageux Jour pluvieux Fenêtre avec stores Luminothérapie* Jour très sombre Néon Cuisine Pièces à vivre Couloirs Coucher de soleil? Limite de détection?

39 Discrimination des saisons Un fonctionnement différent en fonction des saisons Sécrétion de mélatonine Variation de l amplitude et de position du pic de sécrétion Hiver 8 h lumière/ jour heures Eté 14 h lumière/ jour heures

40 Les rythmes biologiques chez l Homme Rythmes saisonniers Rythmes journaliers L entraînement des rythmes biologiques Les perturbations des rythmes Garder de bons rythmes biologiques?

41 Les perturbations des rythmes biologiques Jet lag Travail posté Dépression saisonnière Vieillissement

42 Nombre d individus/10 Vols transméridiens La re-synchronisation dépend de la direction Vol vers l OUEST Vol vers l EST Symptômes du «jet lag» Fatigue, insomnie perte de concentration baisse de performances constipation ou diarrhée perte d appétit, migraines Baisse des capacités visuelles Nombre de jours Moore-Ede et al. 1982

43 Travail posté Désynchronisation externe des rythmes Rythme température corporelle Perturbations Travail de jour Travail de nuit Réveils fréquents Fatigue persistante Baisse de performances Troubles gastriques Utilisation régulière de somnifères. Après 6 jours Heure du jour Boivin et al 2002

44 Mélatonine pg/ml Dépression saisonnière Désynchronisation interne des rythmes Rythme de mélatonine x Témoin Dépressif Symptômes du SAD Tristesse, anxiété, irritabilité Baisse d activité physique Prise de poids Modification du sommeil Baisse de libido Baisse de performances jour

45 Vieillissement des rythmes Un des premiers rythmes qui s altère: le rythme veille /sommeil Consommation de somnifères Femme Homme Total Tranches d âges

46 Vieillissement des rythmes Avec l âge: baisse de l amplitude, fragmentation, augmentation de l activité nocturne 25 ans 40 ans 75 ans D après Huang et al 2002

47 Vieillissement des rythmes Modification de l architecture du sommeil Agés ans Jeunes 20-27ans Ondes lentes Sommeil paradoxal Impacts sur: La qualité du sommeil Les capacités émotives Le sentiment de bien-être Epelbaum 2009

48 Vieillissement des rythmes Les modifications du rythme des neuro-hormones se traduisent par des modifications de nombreuses fonctions (diminution d amplitude et décalage des rythmes) Foie Cerveau Horloge biologique centrale Pancréas Coeur Tissu adipeux Muscle Masse grasse /Masse maigre Cholestérolémie Triglycérides Masse des os Baisse de la force musculaire Fonction immunitaire Epaisseur de la peau Réparation des tissus..

49 Vieillissement de l horloge Causes multiples Structures Centrales et périphériques Mélatonine «horloge endogène» PINEALE PVN IGL Sécrétion de mélatonine (diminution de 50% et perte du rythme) Raccourcissement de la période Baisse de réponse à la lumière Altérations des neuro-médiateurs Processus inflammatoires / Lumière Baisse des perceptions sensorielles Vision, Olfaction, Audition

50 % de réponses Crystalline Lens Transmitta Altération du fonctionnement de l horloge Baisse d activité des noyaux suprachiasmatiques adult 53 yrs Mélatonine Melatonin suppression (%) Diminution de la réponse à la lumière b Longueur Wavelength d onde (nm) children 4 yrs Agés OLD Jeunes YOUNG Gronfier C. et al. 2011

51 % de perte d efficacité Perception de la lumière diminuée Transparence du cristallin Blocage de la lumière bleue Blocage de l ultra-violet Age Entrainement de l horloge plus difficile

52 Les rythmes biologiques chez l Homme Rythmes saisonniers Rythmes journaliers L entraînement des rythmes biologiques Les perturbations des rythmes Garder de bons rythmes biologiques?

53 Maintenir ses rythmes biologiques Des pistes En forme à 120 ans La luminothérapie La mélatonine L activité physique L alimentation Des études en cours sur des animaux modèles

54 La luminothérapie Resynchronisation externe des rythmes Rythme température corporelle Travail de jour Travail de nuit avec luminothérapie lux Heure du jour Après 6 jours

55 La luminothérapie Resynchronisation externe des rythmes Rythme veille/sommeil chez l Homme âgé traité par la luminothérapie Avant traitement Après 3 jours de traitement Van Someren et al. 2002

56 La luminothérapie Traitement de la dépression saisonnière % Etat dépressif Avant traitement Après 3 jours de luminothérapie Un mois après l arrêt du traitement

57 Age en jours La mélatonine Amélioration des rythmes et meilleure durée de vie témoin Avec mélatonine La musaraigne (Crocidura russula) Magnanou et al 2009

58 Traitement par la lumière et la mélatonine Des protocoles à respecter Retard de phase: endormissement difficile Exposition à la lumière Avance de phase: réveil trop matinal Prise de mélatonine

59 Les «somnicaments» Lumière Rapports sociaux Alimentation Exercice physique Maintenir une bonne synchronisation des rythmes Entrainement cérébral Rire, Plaisir

60 L alimentation Protocoles «anti-vieillissement» Restriction calorique Régime Okinawa ou comment vivre plus vieux et mieux en mangeant moins Témoin Restreint % d animaux sans pathologies liées à l âge Réduction des dépenses énergétiques Diminution du stress oxydatif Amélioration des performances Amélioration des rythmes Témoins Restriction calorique Age (années)

61 L alimentation Protocoles «anti-vieillissement» Resvératrol Paradoxe français (Vidavalur et al. 2006) Groupe des polyphénols Anti-cancéreux Anti-inflammatoire Diminution du stress oxydatif Amélioration des rythmes?

62 Meilleurs rythmes, meilleure survie? Apport en Resvératrol chez le Microcèbe, un petit singe 1 an 4 ans 7 ans 10 ans Après 3 ans d apport en resvératrol Effets bénéfiques: Synchronisation des rythmes Taux hormonaux Performances motrices Performances cognitives Baisse des pathologies Survie Taux de survie (%) Témoins Resvératrol 28% Age (années)

63 Les rythmes biologiques et l évolution humaine Amplitude saisonnière de la durée du jour N 60 N Glaciation ans (500 générations) Bronson N Migration Europe/Asie ans (5000 générations) 0 Equateur

64 En guise de conclusion Depuis l ère industrielle, l organisation de la vie dans les sociétés occidentales a ignoré la présence des rythmes biologiques chez l homme. La chronobiologie joue désormais un rôle décisif dans le domaine de la santé et de la longévité Une horloge biologique en forme un atout pour vivre vieux et en bonne santé!

65 Merci de votre attention