Introduction:

Salut les amis, ici c'est @fancybrothers ! 

J'assume que vous connaissiez un peu le concept d'horloge biologique, cette machinerie complexe qui régule votre sommeil et vous permettez de réveiller le dimanche à 7 heures du matin sans recours à l'alarme de votre téléphone (comme c'est ennuyeux !). Une fois que vous décaler la couchée de quelques heures, ça serait difficile de reprendre un cycle normal. Tout ça, c'est grâce à une horloge proprement dit qui se trouve aussi chez la quasi-totalité des êtres vivants, animaux ou bien plantes et même les êtres unicellulaires.

Les horloges biologiques n'intéressent pas que le sommeil, plusieurs autres fonctions vitales de l'organisme sont soumises à des variations bien régulées à savoir les sécrétions hormonales, la libido, l'humeur, la faim, la régulation de la température, faire sa toilette etc. 

Ce qui caractérise une horloge biologique tout comme une horloge mécanique, c'est son caractère cyclique, c'est à dire une variation temporelle bien définie. Bien évidemment, l'intervalle entre les événements similaires ne peut pas être très précis à cause des conditions qui changent toujours (luminosité, température, humidité etc.) mais il faut signaler que parfois ce phénomène de régulation devient surprenant ! Une fois, on faisait du camping, on a passé presque une semaine dans une forêt se réveillant chaque jour 7: 15 sans alarme. Peut-être parce qu'on ne possédait pas des appareils électroniques ? On verra plus tard..

Aujourd'hui on va voir ensemble primo c'est quoi une horloge biologique ? Ensuite, quel est son origine physiologique/moléculaire et finalement comment peut-on s'en servir ?

Les caractéristiques d'une horloge biologique:

Depuis pas mal du temps, les hommes connaissaient l'existence d'une horloge interne qui contrôle les rythmes biologiques. On a constaté que les abeilles continuaient à suivre leur cycle nycthéméral normal même placées dans l’obscurité totale, à travers les années plusieurs constatations similaires ont été faites dans le règne animal aussi bien que le règne végétale.

Le mimosa est une plante qui a une particularité merveilleuse, elle a la capacité de replier ses propres feuilles au moindre choc par exemple lors d'un contact minime avec le doigt comme le montre l'image correspondante, cette caractéristique est appelée la thigmonastie. En plus pendant la nuit, elle répète cette action probablement pour se protéger des prédateurs, c'est la nyctinastie. 

Au 18ème siècle, un géophysicien/astronome français Jean-Jacques Dortous de Mairan a constaté que la nyctinastie persistait chez les mimosas dans l'obscurité totale. Bref, il n'y a plus de doute sur l'existence des mécanismes moléculaires endogènes assez complexes qui constituent ce qu'on appelle une horloge biologique.

On définit les horloges biologiques comme étant un ensemble des mécanismes biochimiques et physiologiques qui permettent une activité rythmique de l'organisme.

Cette définition implique que chaque rythme biologique est caractérisé par trois grandeurs physiques: Une période T, une amplitude et une phase. La valeur maximale du cycle est appelée l'acrophase alors que la valeur minimale est appelée la bathyphase. 

On prend des exemples utiles, le cortisol, est la principale hormone de stress sécrétée par la glande surrénale, elle est très anergisante et elle subit des variations cycliques. Son acrophase se passe approximativement à 8 heures du matin (au moment du réveil), alors que sa bathyphase se passe vers 13- 14 heures (la période la moins productive de la journée). La norepinephrine est un neurotransmetteur extrêmement vasoconstrictrice surtout au niveau des artères péniennes , sa bathyphase est au moment du réveil, c'est pourquoi qu'on a tendance à avoir une érection ce moment-là. L'amplitude nous donne une idée sur le degré de variation cyclique, il existe des hormones dont la variation est grande (exemple le cortisol), alors qu'il existe d'autres dont la variation est quasiment nulle (exemple la testostérone principle hormone stéroïdienne masculine). Lorsqu'on pense à l'horloge biologique, on croit  qu'elle s'agit forcément d'un rythme circadien (24 h), c'est vrai que ça soit le cas pour la majorité, mais il existe des rythmes ultradiens et infradiens, tout dépend de la période T. Si T'est supérieur à 24 heures, on parle des rythmes infradiens, c'est le cas pour les cycles d'hibernation ou bien les cycles menstruels chez la femme. Si T'est inférieur à 24 heures, dans ce cas on parle des rythmes ultradiens, ça se voit dans les battements cardiaques, les cycles respiratoires, la sécrétion de certaines hormones hypothalamiques etc.

Les centres nerveux responsables de l'horloge biologique:

Plusieurs expériences ont été faites pour savoir l'origine de l'activité rythmique endogène responsable du cycle réveil /sommeil, c'était en 1990 que ralph et ses collègues ont pu identifier le centre cérébral cherché, le centre suprachiasmatic (NSC). Comme son nom l'indique, ce centre se trouve juste en haut de le chiasma optique (croisement des nerfs optiques), sa destruction entraîne une disparition totale de l'activité circadienne chez un hamster. Pour valider cette théorie, ils ont greffé des fragments d'un NSC chez le même hamster et ils ont remarqué que l'activité circadienne reprenait.

Dans cette image, on voit clairement le noyau suprachiasmatique en vert, il réalise plusieurs connections avec des centres nerveux adjacents surtout l'hypothalamus et la glande pinéale mais aussi le cortex cérébral, qu'est ce que cela signifie sur le plan pratique ?

Les signals lumineux arrivent de la rétine vers le cortex occipital via les nerfs optiques, au cours de leur passage, ils croisent le NSC. Ce dernier communique avec la glande pinéale pour réguler la sécrétion de la mélatonine, principale hormone responsable du sommeil, mais aussi avec l'hypothalamus pour réguler la sécrétion des divers hormones ainsi que la température, la libedo, le comportement social etc. L'interaction avec le cortex cérébral peut expliquer pourquoi les facteurs psychologiques et psychiques pourraient affecter le cycle du sommeil, par exemple trop réfléchir détériore la qualité du sommeil et ceci pourrait encore expliquer pourquoi les personnes déprimées dorment plus longtemps.

L'homme est un exemple typique d'un être diurne, son horloge interne répond positivement à la lumière et le pic de ses capacités physiques et psychiques se passe le jour. Les animaux nocturnes possèdent une horloge biologique qui répond négativement à la lumière, cet inconvénient est généralement compensé par la hausse des autres sens surtout l'odorat et l'audition pour chasser et se nourrir la nuit. Les chouettes, par exemple, ont une vision très exceptionnelle qui capture les plus faibles signals lumineux, d'un autre côté les chauves-souris utilisent l'écholocalisation pour chasser ses proies.

Des gènes horloges ?

La génétique contrôle tout ! c'est valable aussi pour l'horloge biologique. En effet, les chercheurs ont identifié 8 gènes responsables jusqu'au présent. Les plus importants sont les gènes Clock et Bmal1 qui codent pour deux protéines fonctionnelles PER et CRY. Le principe de ce contrôle est simple, il repose sur la rétro-inhibition. Imaginons deux protéines S et X, S favorise la sécrétion de X, lorsque le taux de la substance X surpasse des normes physiologiques bien précis, il pourrait exercer à inhiber sa propre sécrétion par la suppression des gènes responsables de la sécrétion de la substance S . 

C'est le même phénomène qui se passe dans notre corps, le couple PER/CRY inhibe l'expression des gènes Clock et Bmal1 mais aussi un autre gène clé: Period. Lorsque leur concentrations atteignent des niveaux précis, ils commencent à exercer leur fonction inhibitrice. L'accumulation de ces deux protéines dure environ 24 heures, ce qui définit la période T du cycle.

Le prix Nobel en médecine pour l'année 2017 a été donnée pour trois biologistes Jeffrey c. Hall, Michael Rosbash et Michael W. Young grâce è leurs travaux sur les horloges biologiques. Ils ont identifié d'autres protéines clés qui interviennent dans ce processus complexe.

Donc finalement, l'horloge biologique est soumise à un double contrôle intrinsèque et extrinsèque, l'interaction entre les deux est assez complexe !

Les ondes électromagnétiques bleues issues des téléphones portables et des ordinateurs sont incriminées dans une altération sévère du taux physiologique de la mélatonine, c'est pourquoi les chercheurs admettent qu'on pourrait avoir un cycle de sommeil semblable aux animaux diurnes si on vivait dans une forêt pendant une semaine. Il existe un logiciel sur internet qui s'appelle f.lux, fait pour les gens qui ont des problèmes de sommeil, il réduit la lumière bleue provenue des écrans et donc pourrait améliorer la qualité ainsi que quantité de sommeil, lien par ici. Bien sûr ça ne remplacera jamais une visite médicale !

Utilisation pratique ?

La chronopharmacologie est la science qui étudie les meilleurs moments pour introduire un médicament quelconque, la variation circadienne des hormones pourrait interférer avec l'action de plusieurs cures, donc c'est important de savoir quand administrer. La chronopharmacologie prend tout intérêt dans le traitement des troubles de sommeil en un premier lieu et l'hormonothérapie en deuxième lieu. Dans la maladie d'Addison (insuffisance surrénalienne), l'introduction des stéroïdes est préférable au début de la journée pour énergiser le patient le maximum possible, la contraception orale est aussi une bonne illustration du rôle critique de la chronopharmacologie.

Dans la vie, il existe des gens qui ont besoin de 8 heures de sommeil, par contre 6 heures peuvent suffire pour des autres, il n'y a pas vraiment de règle, ceux qui vous disent que vous avez besoin de "X" nombre d'heures sont totalement délirants car chaque individu est différent, tout dépend de votre composition génétique. l'âge est un facteur important dans cette équation, l'être humain a tendance à dormir moins avec le veillisement physiologique, d'ailleurs, les bébés pourraient dormir 20 heures de suite parce que leurs corps sont en état d'anabolisme important. La construction se passe surtout pendant le sommeil.

Al Herpin est un Américain qui a vécu jusqu'à l'âge de 94 ans en très bonne santé sans dormir une seule seconde ! Il disait qu'il avait l'habitude de se reposer sans vraiment dormir proprement dit.Les chercheurs ne connaissent pas la cause et AL Herpin reste toujours un mystère médical non résolu...

L'article est terminée pour aujourd'hui ! Bonne journée et à la prochaine :)

Liens internet:

Horloge circadienne

La chronobiologie 

Le mimosa pudique

Mélatonine

Hypothalamus

Al Herpin

Réferences:

Horloge interne par Marie-Céline Ray, Lien

Transplanted suprachiasmatic nucleus determines circadian period, by Ralph MR, Foster RG and Davis FC, Menaker M, Lien

Biologie et génétique des rythmes circadiens par F. Bellivier, Lien

Nocturnal vs. Diurnal Biological Clocks par Jacqueline Nicole, Lien

Génétique des rythmes circadiens et des troubles du rythme circadien du sommeil par Y.Dauvilliers, Lien

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017, Lien

Nobel de médecine: l'horloge biologique, un mécanisme bien huilé Par Victor Garcia avec AFP, Lien

3 choses à savoir sur notre horloge biologique par Camille Gaubert, Lien

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