CHRONOBIOLOGIE

Nos rythmes biologiques

Notre horloge biologique

Notre sommeil

Chronobiologie

• Étude des rythmes biologiques de l’organisme vivant

• Mesure et explore les mécanismes de la structure temporelle biologique (mécanismes qui contrôlent ou qui peuvent perturber)

Rythmes biologiques

• La chronobiologie parle de rythmes ou de cycles : – Ce sont des phénomènes qui passent par un

sommet et un creux au cours d’une période (phénomène périodique et prévisible dont les résultats sont présentés sous forme de courbes)

• Véritable programmation dans le temps des activités métaboliques, nerveuses, endocriniennes… permettant l’ajustement de l’organisme au mode de vie

• Cette organisation temporelle répond à la nécessité de faire face physiquement et intellectuellement aux activités diurnes

• « tout ce qui vit alterne » : cycle de la naissance, de la maturation et de la mort; cycle des saisons; cycle du jour et de la nuit; cycle de sommeil…

• Tout ce qui vit alterne période d’activités et période de repos

• Les rythmes biologiques sont classés en grandes catégories selon leur période

• Rythme ULTRADIEN : période de moins de 20h, variation de quelques secondes à quelques heures – Alternance sommeil lent et sommeil

paradoxal toutes les 90 mn environ– Cycle de repos et d’activités, avec phases

d’éveil actif et phase d’éveil passif

• Rythme NYCTHEMERAL : période d’exactement 24h

• Rythme CIRCADIEN : période d’environ 24h (ex: alternance veille sommeil)

• Rythme INFRADIEN : période de plus de 28h (ex: cycle menstruel de la femme)

• Rythme CIRCANNUEL: période d’environ 12 mois

Composantes d’un rythme biologique

• Composante exogène :– Facteurs environnementaux = alternance

lumière obscurité; veille-sommeil; chaud-froid; alternance des saisons; ces facteurs qui modulent les rythmes sont appelés synchroniseurs

• Composante endogène :– Facteurs génétiques = gène « clock »,

gène  Period  « Per »: petit ou gros dormeur, être du matin ou du soir …

extrait de : « Les mécanismes du sommeil », Joëlle ADRIEN, neurobiologiste directrice de recherche à l’INSERM, conférence 2007

Facteurs d’influencent des rythmes biologiques

• Pour étudier les rythmes il faut connaître :– Age, sexe, poids, taille, origine ethnique,

cycle menstruel, …– Qualité et quantité de sommeil, pathologies,

traitements…– Conditions environnementales (chaud, froid,

saisons, obscurité…)– Les conditions de travail : nuit, posté, confiné,

bruit important et/ou continu…

Rythmes circadiens de la vigilance

• Sur 24h, notre vigilance passe par des hauts et des bas corrélée à l’heure du soleil

• Rythme lié à l’heure solaire :– Phase active, chaude entre 5h et 8h– Phase de repli, fatigue et faibles performances

physiques, entre 11h et 14h– Phase de haute vigilance entre 17h et 20h– Phase de fatigue et très faible vigilance entre

23h et 2h– Phase la moins active entre 2h et 5h

• Exemples de Variation de paramètres biochimiques et physiologiques– Productions hormonales :

• Cycle du cortisol, avec une production maximale à 8h le matin diminution progressive dans la journée et minimale à 0h.

• Cycle de la mélatonine (hormone du sommeil), concentration basse et stable dans la journée et production maximale au milieu de la nuit

– Rythme de la température :• Oscille entre 36°5 et 37°5• Température diminue le soir avec un minimum

vers 5h le matin puis augmentation avec un maximum en fin d’après midi vers 17h (existe un petit fléchissement vers 15h qui pourrait expliquer la somnolence post prandiale)

Fonction biologique et rythmeExtrait de « le sommeil, le rêve et l’enfant » de Challamel M.J., Thirion M.

Notre horloge biologique

• C’est une structure endogène capable de mesurer le temps.

• L’horloge centrale est située dans notre cerveau au niveau de l’hypothalamus

• Deux minuscules structures cérébrales appelées noyaux suprachiasmatiques (NSC) (situés au dessus du chiasma optique)

• Resynchronisation quotidienne de l’horloge par :– Stimuli extérieur (luminosité) grâce aux

nerfs optiques (information provenant de cellules spéciales de la rétine)

– Informations relayées à plusieurs structures par voie polyneuronale complexe

– Action au niveau de la glande pinéale (épiphyse) : Inhibition ou augmentation de la sécrétion de l’ hormone mélatonine au niveau de la circulation sanguine pouvant atteindre tous les organes du corps (cœur, vaisseaux, glandes hormonales…)

• Perturbation du rythme peut apparaître dans certaines conditions et entraîner des difficultés d’adaptation

• On appelle Désynchronisation, l’état ou deux rythmiques n’ont plus les mêmes relations de fréquence et montrent des relations temporelles différentes

Origine externe : décalage horaire des voyages, horaires de travail variables (le travail posté, de nuit…) changement d’horaire saisonnier (horaire d’été, horaire

d’hiver)

Origine interne : avance de phase : horaire très précoce

d’endormissement (sujet « couche-tôt », vieillissement, dépression…)

retard de phase : « insomnie d’endormissement » (sujet  « couche-tard », impose un lever tardif sinon privation chronique de sommeil)

– Est accompagnée de signes atypiques : fatigue, troubles de l’humeur, du sommeil, de l’appétit…

Le sommeil

• Indispensable à la récupération de la fatigue physique et de la tension nerveuse accumulées dans la journée

• Sommeil normal = réveil avec impression d’avoir bien dormi, d’être reposé et en pleine forme

• On définit le sommeil par 4 critères :– Activité motrice réduite– Réponses aux stimuli externes diminuées– Posture stéréotypée– Réversibilité facile

• L’organisme fonctionne de façon cyclique de jour comme de nuit avec une succession de trois états de vigilance

1er état de vigilance : L’ÉVEIL OU ETAT DE VEILLE

• Moment conscient de notre vie et représente les deux tiers du temps

• Oscille entre des temps d’éveil actif et des temps d’éveil passif– Éveil actif = yeux grands ouverts, mobiles

gestes fréquents, rapides, précis envie de communiquer, facilité pour apprendre cerveau en alerte, activité électrique cérébrale rapide et peu ample (enregistrement EEG)

L’EVEIL suite

– Éveil passif = gestes plus lents

yeux moins vifs

temps de réaction beaucoup plus long

moins bavard, plus distant, plus rêveur

plus frileux

envie de se relaxer et de se détendre

ondes électriques corticales régulières plus amples et plus lentes

« Porte ouverte sur le sommeil »

2eme état : LE SOMMEIL LENT

• Décomposé en quatre stades de profondeur croissante

• Stade I = endormissement ou état de pré-réveil, les mouvements corporels se font rares

• Stade II = sommeil léger, persiste une légère activité mentale (rêve flou)

l’activité électrique est de plus en plus lente et ces deux stades représentent 50% du sommeil total

LE SOMMEIL LENT suite

• Stade III et IV = sommeil très profond, réactivité aux stimulations extérieures très

faibles, immobilité à peu près totale, visage inexpressif, activité mentale très faible, yeux immobiles (aucuns mouvements oculaires)

pouls et rythme respiratoire lents et régulierstonus musculaire conservé, muscle ferme,

doigts serrésactivité électrique cérébrale lente et amplereprésente 25 % du sommeil total

3ème état : LE SOMMEIL PARADOXAL ou sommeil des rêves

• Nommé // contraste entre sujet endormi et détendu et une activité électrique corticale intense avec ondes rapides

Activité mentale intense, éveil cérébral qui correspond au rêve ( Rêve fugace, vite effacé de la mémoire sauf les dernières minutes avant le réveil)

Visage mobile, expressif, paupières fermées mais mouvements oculaires rapides visibles

Pouls et respiration rapides, irrégulierHypotonie musculaire intense, muscles relâchés,

doigts ouvertsReprésente 20 à 25 % du sommeil total

Une nuit de sommeil :

• Besoin de sommeil survient chaque soir à la même heure (sensation de fatigue, faible activité mentale, froid)

• Se coucher = endormissement rapide en moins de 10 mn

• Endormissement en sommeil lent avec une durée de 1h10 à 1h40 (sommeil lent puis de + en + profond)

• Ensuite suit le sommeil paradoxal sur 10 à 15 mn• Puis phase de pré-réveil très courte avec soit

enchaînement d’un nouveau cycle soit réveil

• Durée d’un cycle = 1h30 à 2h

• Durée d’un cycle est constante pour chacun d’entre nous

• La qualité du sommeil se modifie au cours de la nuit – 2 premiers cycles = sommeil lent plus

profond et plus prolongé– Sommeil lent léger et sommeil paradoxale

plus important en fin de nuit

Les besoins de sommeil :

• Temps différents selon chacun – En général 7h30 à 8h de sommeil (4 cycles de 2h ou

5 cycles de 1h30)– « Petit dormeur » moins de 6h (4 cycles de 1h30, 5%

population)– « Gros dormeur » plus de 9h (10 à15% population)

• Besoins qui évoluent pendant l’enfance et deviennent constants après la fin de l’adolescence

• Sommeil lent profond diminue avec l’age (sommeil beaucoup plus léger)

Les besoins de sommeil suite

• Les principales caractéristiques de sommeil de l’adulte s’établissent dans les deux premières années de la vie.

• L’installation du rythme veille-sommeil synchronisé sur 24h apparaît dès les premières semaines et dépend de la maturation du système nerveux, ainsi que des conditions psychoaffectives et socio-familiales

Le nouveau-né

• États de vigilance du nouveau-né : 4 stades

• 2 phases de sommeil : – Le sommeil calme = stade I– Le sommeil agité = stade II

• 2 phases d’éveil : – L’éveil calme = stade III– L’éveil agité = stade IV

• Sommeil calme : futur sommeil lent profond – Nouveau-né immobile, aucun mouvement, tonus

musculaire important, membres fléchis, visages sans expressions, respiration très régulière et lente

– Sommeil stable, aucun éveil, durée de 20 mn – Sécrétion de l’hormone de croissance pendant ce

sommeil

• Sommeil agité : futur sommeil paradoxal– Apparition de mouvements corporels d’étirement ou

de flexion, mais avec tonus bas et membres dépliés, les yeux bougent avec paupières fermées voire légèrement ouvertes, visages très expressif

– Respiration rapide et irrégulière, voire pauses respiratoires physiologiques (10 à 15 secondes)

– Sommeil instable, nombreux micro-éveils, durée variable de 10 à 45 mn

• Éveil calme : – Moment d’éveil actif et attentif, conscience de

l’environnement, enfant détendu– Les premiers jours, limité à 5 mn (2 à 3 fois

par 24h), puis 30 mn à la fin du 1er mois, et 2h vers 3 mois

• Éveil agité :– Peu attentif à l’environnement, moins

conscient, activité réflexe, respiration irrégulière, donne l’impression de malaise pouvant aller jusqu’aux pleurs violent

– État très fréquent les premiers jours puis se réduit de jour en jour pour ne les retrouver qu’au moment de l’endormissement

Évolution du sommeil de l’enfant

• Nouveau-né :– Durée moyenne de 16h (entre 14 et 20h

selon l’individu)– Éveil essentiellement éveil agité,

endormissement toujours en sommeil agité (50 à 60% du sommeil total)

– Non connaissance du jour et de la nuit, indifférent à l’environnement lumineux, période ultradienne de 3 à 4h, avec des cycles de sommeil court (50 à 60mn) et nombreux (18 à 20 cycles /24h)

• De 1 à 6 mois :– Évolution rapide avec apparition de la

périodicité jour – nuit, période de sommeil plus longue la nuit, l’éveil journalier s’allonge

– Qualité du sommeil évolue, le sommeil agité diminue pour laisser le sommeil calme s’installer

– Apparition des rythmes circadiens de la température, des secrétions hormonales …

– Dépendance à l’environnement : luminosité, horaires des repas, jeux …

– Période charnière et vulnérable de synchronisation des rythmes et de maturation électrophysiologie

• 6 mois à 4 ans :– Réduction progressive du sommeil diurne– Durée moyenne de sommeil = 15h– Endormissement en sommeil lent avec

rythme identique à l’adulte– 2 caractéristiques : Difficultés du coucher (

peur de la séparation)

Éveils multiples en seconde partie de nuit (éveil pouvant être long, l’enfant reste calme et se rendort)

• De 4 à 12 ans :– Grande vigilance dans la journée– Endormissement rapide avec sommeil calme

et profond– Réduction du temps de sommeil et retard

progressif de l’heure d’endormissement– Sommeil uniquement nocturne

• L’adolescence :– Sommeil profond allégé avec difficultés

d’endormissement– Réduction du sommeil nocturne avec déficit

chronique en sommeil (modification du rythme)

– Réapparition épisodique des siestes

La personne âgée :

• Changement du rythme veille- sommeil (diminution du sommeil nocturne et institution de sommeil diurne)

• Délai d’endormissement allongé, éveils nocturnes fréquents et allongés

• Disparition du sommeil lent profond et diminution du sommeil paradoxal

Conséquences d’un « mauvais » sommeil :

• Fatigue, somnolence diurne• Difficultés de concentration, manque d’attention et perte

d’efficacité• Trouble de l’humeur, irritabilité, voire risque de

dépression• Troubles de la mémoire, difficultés d’apprentissage• Baisse des perception sensorielle et ralentissement des

temps de réaction motrice, risque accru d’accidents du travail et de la circulation

• Pathologies : inflammation et diminution des défenses immunitaires, perturbation du métabolisme (diabète, obésité), hypertension artérielle…

Règles d’or du bien dormir :

• Connaître ses besoins et son rythme de sommeil

• Créer un environnement calme et apaisant• Éviter toutes stimulations auditives, visuelles ou

intellectuelles fortes• Hygiène de vie (pas d’excitants, repas copieux

ou alcool…le soir) favoriser les activités relaxantes le soir

• Être attentif aux signes du sommeil• Aménager le réveil (horaire fixe, luminosité…)

bibliographie :

• Internet : - Dossier « Dormir, rêver… » issu de Le Cerveau à tous les

niveaux! (http://lecerveau.mcgill.ca/flash/index_d.html)- «  Le sommeil, le rêve et l’enfant » Challamel M.J., Thirion

M. (http://ura1195-6.univ-lyon1.fr/articles/challamel/sommenf

/print.html)- « Rythmes de l’enfant – De l’horloge biologique aux

rythmes scolaires » expertise collective INSERM ( http://ist.inserm.fr/basisrapports/rythmenf.html)- « Bien dormir , mieux vivre . Le sommeil, c’est la santé .

Conseil aux adultes » INPES(http://www.inpes.sante.fr

/CFESBASES/CATALOGUE/PDF/1215.PDF)

- La santé de l’homme n°388: Éduquer au sommeil, A quoi sert le sommeil? , Éric Mullens

(http://www.inpes.sante.fr/SLH/articles/388/02.htm)

- « passeport pour le sommeil » institut du sommeil et de la vigilance

(http://www.institut-sommeil-vigilance.org/documents/Passeport-du-sommeil.pdf)