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Les biorythmes

 

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Un rythme biologique est une variation régulière et involontaire d'une fonction physiologique, d'un métabolisme, d'une activité cellulaire ou tissulaire, d'une tendance instinctive ou d'une fonction neuropsychique. Un rythme biologique est basé sur un cycle généré par une horloge biologique : un rythme circadien est ainsi déterminé par des cycles générés par une horloge circadienne.

 

La rythmicité est une des propriétés fondamentales de l'organisme. Des variations périodiques principalement circadiennes gouvernent nos fonctions.

 

Toutes les activités métaboliques, physiologiques et psychologiques ont des rythmes circadiens : ces activités passent, chaque 24 heures (période de 20 à 28 heures), par un sommet et un creux. Ces pics ne surviennent pas par hasard et répondent à une structure temporelle, permettant un ajustement de l'organisme au mode de vie. En fin de compte, c'est un "pacemaker" localisé dans le noyau supra-chiasmatique du cerveau qui, au niveau moléculaire, module la transcription et la traduction de certains gènes via des activateurs. Les activateurs les plus importants sont 2 protéines : CLOCK (Circadian Locomotor Output Cycles Kaput) et BMALI (Brain and Muscle ARNT-like protein 1). Ces protéines agissent sur des gènes appelés PER  (pour Period). La synchronisation avec l'environnement extérieur passe par des signaux ("des donneurs de temps" ou "zeitgebers") : la lumière, la fatigue, le stress, la prise d'aliments... Ceux ci modifient la durée des périodes réglées par le "pacemaker".

 

Des rythmes circadiens permettent à l'organisme de prévoir, donc de répondre par anticipation, aux variations périodiques de l'environnement et d'assurer ainsi une relative constance du milieu intérieur (homéostasie prédictive).

 

En effet, notre physiologie ne répond pas aux lois de l'état stabilisé, invariant. La répétition du rythme de phénomènes biologiques démontre l'idée que la matière vivante est sujette à une continuelle variation d'état.

 

On connaît des variations qui sont plus courtes que 24 heures (rythmes ultradiens) et d'autres plus longs (rythmes infradiens) ou même très longs : mensuels, saisonniers, annuels... Il y aurait plus de 160 rythmes différents.

 

Sommaire :

 

La magie des rythmes

 

L'origine

 

L'organisation temporelle circadienne

 

Les pics des fonctions biologiques

 

La désynchronisation

 

La resynchronisation

 

La classification des rythmes biologiques

 

La chronothérapie

 

Côté pratique

 

Contenu :

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La magie des rythmes :

Les rythmes du vivant :

 

Dans la nature vivante, il existe des rythmes très rapides, avec une période de l'ordre d'une milliseconde (les rythmes de certaines cellules musculaires ou de certains neurones), et, à l'autre extrémité, des rythmes annuels, qui contrôlent les périples des oiseaux migrateurs ou celui des papillons monarques, long de 4000km, et des rythmes pluriannuels comme le bambou chinois (Phyllostachys bambusoides) qui ne fleurit que tous les 120ans.

 

Dès le XVIIe siècle, des travaux ont montré que telle ou telle plante éclorait à tel ou tel moment en fonction de la présence lumineuse. Le naturaliste Carl von Linné a décrit  les caractéristiques de floraison des plantes heure par heure, travail connu sous le nom  d’horloge florale de Linné.

 

Le plus étonnant, c'est que des bambous issus de graines récoltées après un période de floraison et plantées dans des habitats très différents et distants l'un de l'autre, fleurissent au même moment, ce qui suggère l'existence d'une horloge interne contrôlant la floraison ou, en tout cas, d'un mécanisme interne de mesure du temps...

 

Les rythmes de la vie :

 

La vie toute entière est réglée par des rythmes biologiques, dès la reproduction.

 

 

Bien qu'un neurone isolé est déjà capable d’avoir une activité cyclique, c'est le cerveau qui régule de nombreuses fonctions, notamment le rythme entre le sommeil lent et le sommeil paradoxal. Les oscillations neuronales jouent également un rôle sur les bases biologiques de la conscience. Le cerveau contrôle aussi certaines activités rythmiques comme le mouvement, la marche, la respiration via des réseaux de neurones appelés “générateurs centraux de rythmes”.

 

Les rythmes de vie :

 

Les rythmes biologiques trouvent un prolongement dans certains types de comportements humains plus ou moins périodiques. Les troubles de comportement de nature cyclique, comme les troubles bipolaires, pourraient ainsi résulter d'oscillations générées par des circuits neuronaux...

 

 

 

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L'origine :

 

La lumière éclaire non seulement le monde autour, elle régule également la gestion de nos hormones et notre rythme circadien via l'axe épiphyse-hypophyse-hypothalamus (voir : "Les glandes endocrines"). Des récepteurs photosensibles localisés dans les yeux réagissent sur toutes les lumières visibles, mais sont les plus sensibles à la lumière bleue (bien qu'une lumière "invisible"). En outre,  la lumière stimule l'activité cérébrale même chez les sujets totalement aveugles. Et cette dernière pointe à midi dans la lumière solaire.

 

La production de mélatonine est contrôlée par une voie rétino-hypothalamo-pinéale Lorsque l'organisme détecte la lumière bleue, il inhibe la production de la mélatonine, l'hormone du sommeil, et nous garde éveillé. A partir de midi jusqu'à le crépuscule du soir, la lumière bleue perd de son intensité et est remplacée par une lumière rougeâtre capable de redémarrer la production de la mélatonine. Notre vigilance diminue, nous nous préparons pour dormir.

 

Les rythmes circadiens sont apparus au cours de l'évolution pour nous permettre de nous adapter au cycle principal qui régit la vie sur terre : l'alternance du jour et de la nuit. Toutes nos activités métaboliques et physiologiques ont des rythmes circadiens. Qui plus est, il s'agit bien de rythmes "endogènes", c'est-à-dire produits par l'organisme lui-même, et non par une simple réaction "exogène" au cycle lumière/obscurité (rythme nycthéméral).

 

Notre organisme a principalement une activité diurne, et tous ses rythmes biologiques, son organisation temporelle, répondent à la nécessité de faire face, physiquement et intellectuellement, à son activité diurne.

 

Ainsi les performances du système nerveux (attention, coordination motrice, mémoire, ...) la force musculaire, la fréquence cardiaque et respiratoire atteignent leur maximum au cours de la journée. Par contre, d'autres variations biologiques sont au maximum au milieu de la nuit.

 

Si l'organisme possède une horloge interne, c'est également le cas des cellules cutanées. D'après des études, il en résulte que l'activité de certains groupes de gènes varie au cours d'une journée. Le jour, les gènes qui produisent des facteurs de protection contre les rayons ultraviolets sont très actifs. Le schéma d'activité cyclique protège les cellules qui, en l'absence d'horloge interne, vieilliraient plus rapidement .

 

Ces rythmes sont caractéristiques de l'espèce : ils ont une origine génétique. La période de ces rythmes et l'emplacement de leurs pics peuvent cependant être modifiés par certaines manipulations des facteurs de l'environnement appelés synchroniseurs (lumière essentiellement) ou marqueurs du temps.

 

Pour notre espèce, le synchroniseur circadien le plus puissant est représenté par les cycles de 24 heures des impératifs horaires liés à notre vie sociale (activité diurne et repos nocturne) et de certains facteurs environnementaux : alternance jour/nuit, bruit/silence, chaud/froid, lumière/obscurité, jours courts/jours longs, température au niveau annuel ou saisonnier... Un repas est aussi un synchroniseur important.

 

D'autres synchroniseurs s'adressent à notre cortex. Grâce à un travail cérébral spécifique, tout signal perçu comme repère temporel peut devenir un synchroniseur (social) et orienter notre vécu circadien. Autrement formulé, notre "horlogerie" interne est influencée par le déclenchement de la sonnerie du réveil, le bruit des voisins, le passage du facteur, l'arôme du café matinal.

 

---> Un synchroniseur social peut en remplacer un autre par un phénomène d'apprentissage.

 

Ce sont les synchroniseurs extérieurs (horaires sociaux, alternance jour/nuit, ...) qui règlent chaque jour notre mécanisme biologique sur 24 heures, bien que le rythme circadien inné soit de 25 heures. Ils envoient à notre cerveau des signaux qui leur permettent d'adapter nos rythmes internes à notre environnement.

 

L’enfant acquiert son horloge biologique grâce à l’alimentation maternelle pendant la période périnatale et au moment de l’allaitement. En effet, le rythme quotidien de la mère est une des sources d’information biologique pour le fœtus. L’alternance jour/nuit du nourrisson serait en partie entraînée par les nutriments ingérés par la mère. Ces nutriments ont un impact jusque dans l’ADN de la cellule et induisent des variations de composition du sang, d’activité motrice et de température corporelle de la mère et du fœtus (ainsi, à l’inverse, une mauvaise alimentation de la mère aurait donc la capacité de dérégler le rythme circadien de l’enfant) .

 

Le nouveau-né commence à dormir davantage la nuit que le jour dès la deuxième semaine de vie. Au bout de 3 mois, ses principaux rythmes biologiques se sont installés. Et les grandes caractéristiques de son sommeil d'adulte s'établissent au cours des 6 premiers mois de vie.

 

On pensait jusqu’il y a peu que la raison du rythme circadien tenait dans le cycle de production-dégradation de certaines protéines-clés qui dure 24 heures. La dégradation marquerait la fin du cycle. Toutefois, des études récentes montrent que le processus n’est pas entièrement dépendant de la dégradation de la protéine, mais bien de la phosphorylation de celle-ci .

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L'organisation temporelle circadienne :

 

La distribution des pics des différents rythmes biologiques dans l'échelle de 24 heures fournit un aspect de l'organisation temporelle circadienne de l'homme adulte sain :

 

Cette organisation temporelle résulte probablement d'une adaptation de l'espèce aux variations périodiques et prévisibles de l'environnement liées à la rotation de la terre sur elle-même et autour du soleil.

 

Ainsi le maximum des performances du système nerveux, des muscles, du coeur, des poumons se situe vers le milieu de la journée. Les pics des activités endocriniennes qui préparent les activités diurnes cérébrales, neuromotrices, ... apparaissent la nuit.

 

C'est le cas de l'ACTH, hormone hypophysaire. Elle a son pic de sécrétion maximum au milieu de la nuit.

 

Elle induit la sécrétion d'hormones surrénales telles que le cortisol; qui a pour effet d'augmenter les taux sanguins de protéines, lipides, glucides et sels minéraux pour les besoins d'un organisme en activité.

 

D'autre part, les pics sanguins maximum de cortisol se situent au moment de l'éveil : il y a donc une cohérence biologique, le pic d'ACTH se situant avant celui du cortisol, lui-même se situant avant le pic des performances musculaires, nerveuses... de l'organisme.

 

Il y a donc bien pré-adaptation.

 

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Les pics des fonctions biologiques :

 

Jour/Nuit : pics (°) des fonctions biologiques vers environ :

 

 

Il existe des variations possibles d'une ou deux heures, fixes pour un même individu tout au long de sa vie. Nous pouvons donc définir ainsi des individus "couche-tôt" et d'autres "couche-tard" selon la position de leur propre périodicité horaire.

 

Les rythmes circadiens de vigilance :

 

 

Une hausse de vigilance est directement précédée par une hausse de température corporelle.

 

      • lorsque la température s'élève, notre organisme se prépare à une phase active, éveillée et efficace.

      • lorsque la température diminue, la vigilance ne tarde pas à diminuer.

 

On dit qu'un individu est "en phase" lorsqu'il vit et travaille aux moments de meilleures performances, et se repose dans les moments de faibles performances.

 

Mois (rythmes lunaires) : chez la femme

 

 

Années (rythmes annuels) :

 

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La désynchronisation :

 

Dans l'idéal, pour être en pleine forme et optimiser le système immunitaire, il faudrait savoir respecter les synchroniseurs internes qui gouvernent notre organisme. Notre existence est soumise à une multitude de synchroniseurs externes : les horaires de bureau, les repas en famille, ... Autant de facteurs sur lesquels il ne nous est pas souvent possible d'intervenir. Conséquence : nous vivons la plupart de temps à contre-courant des besoins de notre organisme.

 

Le respect des rythmes biologiques participe au maintien d'une bonne santé. L'organisme ne sait pas faire n'importe quoi, n'importe quand : à long terme, la synchronisation peut être perturbée. A chaque rythme biologique qui a un rôle physiologique important correspondent bien entendu des troubles physiologiques.

 

Cette désynchronisation correspond à une perte de la relation de phase (pic) des rythmes biologiques. Son origine peut être externe (l'environnement) ou interne (sans relation directe avec l'environnement).

 

Interne : perturbation liée à l'âge, la dépression, les cancers hormonaux dépendants (sein, ovaires, prostate, ...)

 

On peut la mettre en évidence via l'étude de rythmes marqueurs (cortisol, mélatonine, température...) : dans le cas d'une désynchronisation, les marqueurs seront en avance de phase ou en retard de phase par rapport à l'organisation temporelle de référence ( = normale) pour l'individu.

 

      • retard de phase : le rythme a une période de 24 heures mais le sommeil, d'une durée de 8 heures, est retardé de X heures par rapport aux horaires habituels (22h - 06h)

        • les cas modérés représentent les sujets dits "couche-tard", sujets du "soir", avec difficultés pour se lever le matin.

      • avance de phase : le rythme a une période de 24 heures mais le sommeil, d'une durée de 8 heures, est avancé de X heures par rapport aux horaires habituels (22h - 06h)

        • les cas modérés représentent les sujets dits "couche-tôt", sujets du "matin" (fréquents chez les sujets dépressifs et les personnes âgées).

 

 

Externe : le travail de nuit, le jetlag ou décalage horaire, la cécité totale, la fatigue, le stress, certains médicaments

 

La sensibilité des individus à des modifications extérieures de rythme est très variable. Certains mettent quelques jours à s'adapter, d'autres plusieurs semaines. Cette adaptation est plus difficile après 35 ans, chez les sujets dépressifs ou ayant de problèmes psychologiques. Elle est aussi difficile chez le jeune enfant.

 

Selon l'étude EUCLOCK, l’horloge circadienne ne s’adapte pas facilement au changement imposé par l’heure d’été. L’impact d’une heure est bien plus fort qu’on ne le pense dans le contexte des changements saisonniers. C’est notamment vrai pour les couche-tard. L’horaire avancé dérègle la production de mélatonine et perturbe aussi le pic de sécrétion de l’hormone de réveil, le cortisol secrété entre 5 et 8 heure solaire.

 

Aussi notre style de vie joue un rôle :

 

L'hiver, la saison de repos dans la nature, est pour nous la période la plus chargée de toute l'année. L'été, tout le monde part en vacances, alors que, pour respecter notre horloge biologique, c'est exactement le contraire qu'il faudrait faire. Directement lié au manque de lumière, le coup de blues hivernal, une dépression saisonnière (mineure), se fait sentir au moment du changement d'heure. Avec lui, on retrouve ses complices de toujours : stress, grignotage compulsif (sucres...), et grosse fatigue.

 

Chaque perturbation végétative, endocrinienne ou comportementale interfère avec les rythmes spontanés, cycle de cortisol et du sommeil par exemple, et les désynchronise.

 

Ainsi

      • un stress prolongé a des conséquences comparables à un décalage horaire

      • une émotion violente peut perturber le rythme cardiaque ou la respiration

      • un traumatisme psychique peut couper l'appétit ou bloquer le cycle génital et entraîner une stérilité

      • un trouble émotionnel peut déclencher une crise d'asthme ou une poussée d'eczéma

      • ...

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La resynchronisation :

 

Les phénomènes de désynchronisation ont une grande influence sur le fonctionnement du système endocrinien et vont entraîner des décalages dans les périodes de sécrétions des diverses hormones, ce qui aura des conséquences directes sur le métabolisme général, ainsi que sur les capacités physiques et les possibilités de performances.

 

Les symptômes qui apparaissent le plus souvent associés à ces désynchronisations sont des troubles du sommeil, des dispositions d'esprit et de caractère, des troubles de la digestion et une baisse des performances physiques et motrices. La présence et l'ampleur de ces symptômes vont dépendre à la fois de l'amplitude de la désynchronisation et de la sensibilité de chaque individu à ces phénomènes. Les personnes âgées, celles dites "du matin", celles qui ont des rythmes très réguliers et de grande amplitude auront besoin de plus de temps à s'adapter.

 

 

 

P. ex.

      • un décalage de la température corporelle de 8 heures nécessite une moyenne de 10 jours pour être rattrapé

      • l'adaptation des rythmes d'insuline et du glucagon nécessitent 11 jours pour un voyage vers l'ouest et plus de 3 semaines pour un voyage vers l'est avec un décalage initial de 7 heures

      • le taux de cortisol demande jusqu'à 3 semaines pour se resynchroniser après un voyage vers l'est avec un décalage de 7 heures, et 11 jours après un voyage de même amplitude vers l'ouest.

 

 

 

Certains médicaments peuvent être utilisés pour resynchroniser les rythmes biologiques lorsque ceux-ci sont perturbés par des interférences exogènes.

 

P. ex. : benzodiazépines (zolpidem, zoplicone), antidépresseurs tricycliques, Lithium, ACTH, Lévodopa, Indométacine, Mélatonine, ...

 

Note :

 

Certains médicaments sont utilisés comme stimulateurs de la vigilance :

 

P. ex. : les amphétamines (avec des effets indésirables gênants), le méthylphénidate (en particulier chez l'enfant), le modafinil (stimule l'éveil et l'activité motrice).

 

Chez la personne âgée, l'acide lipoïque pourrait aider à normaliser des troubles du rythme circadien liés à l'âgé . Une resynchronisation de ce rythme hépatique pourrait exercer des effets bénéfiques sur tout le métabolisme.

 

 

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La classification des rythmes biologiques :

 

Suivant leurs caractéristiques :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Selon les systèmes biologiques concernés :

 

 

 

Selon la courbe de variation :

 

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La chronothérapie :

 

L'étude des rythmes a permis de déterminer les moments de la journée où notre organisme est plus au moins sensible à certains stimuli.

 

La chronothérapie peut donc être utilisée pour administrer un médicament ou un supplément alimentaire précis à l'instant où l'organisme est le plus réceptif. Le principal avantage réside dans une administration de doses moins élevées et/ou dans l'obtention d'un meilleur résultat thérapeutique. Le cas échéant, le traitement peut être mieux dosé pour améliorer le traitement et les chances de guérison.

 

Il est ainsi préférable d'administrer :

 

 

 

Note :

La chronobiologie essaye de respecter les rythmes biologiques d'activité et de repos des cellules.

 

p.ex. au niveau du stockage et du déstockage des graisses.

 

      • on évite donc les mouvements intensifs quand les taux d'insuline sanguins sont élevés, càd après un repas. L'exercice sera peu rentable et perturbera en plus la digestion.

 

      • on choisit les heures où les substances qui favorisent le déstockage sont à leur plus haut niveau. Or le pic du cortisol, l'hormone réveille matin qui stimule l'activité,  se situe entre 5 et 7 heures. C'est également l'heure des pics d'adrénaline et de noradrénaline, les hormones du stress.

 

L'heure idéale pour faire de l'exercice est le matin, avant le petit déjeuner ou fin de matinée, juste avant le déjeuner, ou encore le soir vers 18 - 19 heures, avant un dîner léger.

 

p.ex. au niveau des choix des aliments suivant leur valeur nutritionnelle et leur possibilité de stockage.

 

      • le matin, la cellule a besoin d'énergie et elle est disposée à déstocker plus facilement : on choisit donc des aliments plus énergétiques et plus stockables le matin.

 

      • le soir, la cellule se met en mode économie : elle a un penchant particulier pour le glucose.

 

La plupart des gens font les mêmes erreurs : ils sautent le petit-déjeuner et ils négligent le lunch (déjeuner). Quand à leur souper (dîner), qui se veut compensateur, il est beaucoup trop riche et copieux. Ce style alimentaire va à l'encontre du rythme naturel de l'organisme, qui, privé pendant la journée, stocke le soir. Il suffit donc souvent d'adopter de bonnes habitudes alimentaires pour maigrir.

 

Voir aussi : "Le style de vie type".

 

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Côté pratique :

 

La lumière :

 

 

 

 

 

La norme actuelle pour l'intensité de la lumière artificielle est basée sur des critères visuels : voit-on assez?. Toutefois, pour se sentir bien ( = bien gérer sa production d'hormones), son intensité est trop faible et ses couleurs non adaptées!

 

 

 

 

Voyager (jetlag) : il faut apprendre à "utiliser" la lumière!

 

 

 

Les effets consécutifs au changement d'heure sont d'autant plus marqués avec l'âge, la période du cycle menstruel et les voyages d'ouest en est (des E.U. vers l'Europe).

 

Note :

La société Lucimed (Villers-le-Bouillet) en Wallonie développe la "luminette", une sorte de paire de lunettes comprenant une source lumineuse (2 x 4 diodes) et un hologramme, une combinaison qui augmente sensiblement le nombre de rayons lumineux passant à travers la rétine. Cette lunette est portée le jour au-dessus du visage en permettant l'usage de lunettes normales au besoin.

 

 

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