Article sur : L’horloge biologique

L’horloge biologique est née avec l’apparition de la vie sur la terre. Elle a été mise en place par tous les organismes vivants pour s’adapter à l’alternance du jour et de la nuit.

Certains signaux lumineux externes (lumière rouge pour le règne végétal, lumière bleue pour le règne animal) sont captés par des cellules réceptrices puis ensuite transformés en signaux électriques et hormonaux qui permettent à chaque cellule de l’être vivant de connaitre l’heure.

Ce rythme s’est installé au coeur des gènes de chaque cellule, et ainsi, même en l’absence de lumière, ce rythme de l’ordre d’environ 24h00 appelée rythme circadien, permet aux métabolismes des êtres multicellulaires de fonctionner.

Cette imprégnation génétique provient des enzymes photolyases. Ces enzymes on été mises en place par les êtres vivants lorsqu’ils ont quittés les océans pour conquérir l’espace terrestre. N’ayant plus la protection  de l’eau contre les rayons UV, ils ont instaurés un système de réparation (pendant la nuit) des brins d’ADN endommagés le jour par les UV.

Chaque organe a son propre rythme fonctionnel (la digestion, la respiration, le système circulatoire, la peau etc…), chaque organe a un rôle spécifique et déterminant dans la mécanique de la vie du règne animal. Ces rythmes génétiques ne sont pas d’une régularité absolue et une certaine cacophonie s’installerait très vite si l’évolution n’avait pas pourvu à cet inconvénient majeur: créer l’horloge biologique.

Elle est formée par un groupe de cellules capables de transformer un signal lumineux extérieur en signaux internes (par connexions neuronales, synthèse de neuropeptides, sécrétion d’hormones, etc.) régulant ainsi la rythmicité de l’ensemble des fonctions physiologiques. Il s’agit des noyaux suprachiasmatiques.

La lumière du soleil devient alors le synchroniseur du chef des horloges par l’intermédiaire des cellules ganglionnaires à mélanopsine de la rétine jusqu’aux neurones des noyaux suprachiasmatiques

À l’aide de ces signaux, les mécanismes homéostasiques des tissus sont préparés aux périodes d’activité ou de repos et cela, de manière orchestrée (tous les organes ne sont pas en activité aux mêmes moments du cycle).
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Schéma d’après: Origine et différents types de rythmes biologiques Carine Bécamel – Institut de Génomique fonctionnelle.

Les noyaux suprachiasmatiques:

Il s’agit de deux minuscules structures cérébrales pas plus grosse que la pointe d’un crayon. Elle comprennent quelques dizaines de milliers de neurones chacune et sont situées à la base de l’hypothalamus. On les appelle noyaux suprachiasmatiques parce qu’ils sont également situés juste au-dessus du chiasma optique, l’endroit où les deux nerfs optiques se croisent.

La distribution des signaux temporels émanant de l’horloge principale vers tous les tissus de l’organisme suit deux routes principales: l’une hormonale, l’autre nerveuse.

La voie hormonale implique la mélatonine synthétisée par la glande pinéale et les glucocorticoïdes libérés par la glande surrénale, l’activité rythmique de ces deux glandes étant sous le contrôle étroit de l’horloge suprachiasmatique.

La voie nerveuse qui distribue les signaux circadiens de l’horloge suprachiasmatique emprunte l’abondant réseau du système nerveux autonome, tant sympathique que parasympathique.

Les variations journalières de ces messages hormonaux sont susceptibles d’être masqués, c’est-à-dire surpassées, par des effets directs sur les glandes concernées, ces effets étant indépendants de l’horloge suprachiasmatique : par exemple, une exposition à la lumière de nuit provoque un arrêt immédiat de la synthèse de mélatonine ; un stress aigu stimule à court terme l’axe corticotrope et la libération de glucocorticoïdes.

La mélatonine

La mélatonine (N-acétyl-5-méthoxytryptamine) est une hormone provenant de la glande pinéale, isolée par Lerner et al. (J. Am. Chem. Soc, 80, 1958, 2587).

La mélatonine est synthétisée selon un rythme circadien très marqué, de forte amplitude, généré par les noyaux suprachiasmatiques de l’hypothalamus.

La caractéristique du rythme circadien de la mélatonine est son importante sécrétion nocturne tandis que les taux diurnes sont très bas.

La sécrétion de mélatonine diminue avec le vieillissement, cela peut rendre compte, au moins en partie, des troubles du sommeil chez le sujet âgé.

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D’après le document:

Mélatonine, agonistes mélatoninergiques et luminothérapie dans les troubles du sommeil et du décalage horaire. Ménard Céline. Thèse doctorat en pharmacie. Université de Nantes 2011

 

La synthèse de la mélatonine nécessite un bon apport en un acide aminé essentiel, le tryptophane accompagné des cofacteurs enzymatiques suivants: B3 (hydroxylases), B1-B6 (décarboxylases), B9-B12 (méthyltransférases), le Magnésium et le zinc.

biosyntheseReprésentation schématique de la biosynthèse de la mélatonine et de son contrôle. AMPc : acide adénosine monophosphate cyclique ; ATP : adénosine triphosphorique. Y. Touitou Mélatonine : de la physiologie à la pathologie. EMC – Endocrinologie-Nutrition 2008:1-7 [Article 10-025-A-10].

Rôle physiologique de la mélatonine:

  • Effets antioxydants
  • Régulation du rythme veille-sommeil. La mélatonine constitue un synchroniseur endogène capable de stabiliser les rythmes circadiens, de les renforcer ou de maintenir leur relation de phase. La sécrétion de mélatonine contribue à renforcer la baisse nocturne de la température, facilitant ainsi l’installation du sommeil.
  • Effet neuroprotecteur

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D’après: Mélatonine et troubles du rythme veille-sommeil  B. Claustrat
Médecine du sommeil (2009) 6, 12—24
Service d’hormonologie, centre de médecine nucléaire, groupement hospitalier Est, 59, boulevard Pinel, 69677 Bron, France

Les principales causes des perturbations de la sécrétion de la mélatonine

  • Syndrome de retard de phase (lorsqu’un éclairage trop tardif retarde et décale la sécrétion de mélatonine)
  • Le syndrome d’avance de phase (propension incoercible au sommeil parfois dès 17h00)
  • Rythme veille-sommeil irrégulier (principalement chez les sujets aveugles)
  • Syndrome hypernycthéméral (origine génétique)
  • Jet-lag syndrome (décalage horaire lors des voyages avec franchissement rapide des fuseaux horaires)
  • Travail posté (travailleur de nuit, horaires décalés)
  • Vieillissement
  • Troubles pathologiques (Autisme – traumatismes crâniens – tumeurs de la région suprachiasmatique – déficit de l’attention avec ou sans hyperactivité – alzheimer – démence – schizophrénie – certains cancers – colites ulcéreuses … )
  • Drogues ou substances (benzodiazépines – alcool …)

Troubles liés aux perturbations de la sécrétion de la mélatonine ou désynchronisation:

Cette désynchronisation s’accompagne, qu’elle soit externe ou interne, d’un ensemble de signes atypiques tels que fatigue, mauvaise qualité du sommeil, mauvaise humeur, troubles de l’appétit, dépression, perte de mémoire… Ces troubles peuvent être corrigés par le traitement de la désynchronisation.

Horloge biologique

d’après : (Bechtold,2010)

 Le traitement de la désynchronisation:

  • administration de lumière forte (exemple de la dépression saisonnière)
  • administration de mélatonine, une hormone synthétisée par la glande pinéale (Dijk et coll., 1995 ; Eastman et Miescke, 1990 ; Palm et coll., 1991 ; Shochat et coll., 1998 ; Touitou et coll., 1998).
  • Administration de précurseurs de la mélatonine: Tryptophane – L-5HTP

Le cortisol

Lorsque la sécrétion de mélatonine diminue en fin de nuit, l’axe hypothalamo-hypophyso-surrenalien entre en activité.

La production de cortisol est caractérisée par un pic en début de matinée vers 8 heures, une diminution progressive jusqu’au soir, une période de sécrétion minimale autour de minuit et une élévation rapide dans la seconde partie de la nuit.

Les profils circadiens de production du cortisol et de la mélatonine constituent des bons marqueurs du rythme circadien.

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Chronopharmacologie (4)

 

Chronobiologie et nutrition

N°80-2002-AIM

Professeur Jean Robert Rapin

Le cortisol est l’hormone de l’action.

•Inducteur d’ARN messager, c’est à dire de l’expression de protéines (en particulier enzymes) pour cataboliser les glucides et les acides gras et apporter de l’énergie aux cellules et à tout l’organisme.
•Action stimulante, excitante : métabolisme «de lutte» ou de «fuite» en synergie avec l’adrénaline.
•Action sur la glycémie pour relancer l’activité cellulaire.
Lors de stress prolongés, la sécrétion continue de cortisol perturbe le rythme circadien.
Le métabolisme diurne du cortisol est lié au métabolisme de l’insuline. Ces deux hormones régulent l’absorption des nutriments et micronutriments.

La chronoalimentation est une science qui prend en compte les actions physiologiques de ces deux hormones: catabolisme (cortisol), anabolisme (insuline), et propose une hygiène alimentaire en harmonie avec les rythmes biologiques hormonaux (activité diurne liée au cortisol et à l’insuline – sommeil et réparation tissulaire la nuit liés à la mélatonine et à l’hormone de croissance)

La chronothérapie: est une nouvelle science qui étudie le meilleur moment pour administrer les médicaments. La démarche est la suivante:

•Individualiser la Chronophysiologie du sujet: âge – Sexe – Phénotype

• Déterminer l’allochronisme (variations bien tolérées dans l’organisation temporelle)

• Définir les dyschronismes (associés  à des troubles cliniques)

Restaurer l’organisation temporelle altérée par la maladie: luminothérapie – exercices physiques – chronobiotiques

Administrer les médicaments selon leur chrono-efficacité et leur chrono-tolérance

 

Catherine Guiral-docteur en Pharmacie

Chargée de cours au DU de Nutraceutiques UB Dijon

Directrice scientifique Mediprospect Genève

 

 

Sources :

Les travaux, publications et enseignement du Professeur Jean Robert Rapin. Professeur de pharmacologie clinique à l’Université de Médecine et de Pharmacie de Dijon. Directeur du département de recherches pharmacologiques de l’IREN (Institut de recherche européen sur la nutrition). Il a été rédacteur en chef de la revue NAFAS (Nutrition, Aliment Fonctionnel, Aliment Santé). Il est décédé le 17 janvier 2013

Les Horloges du vivant André Klarsfeld – Edition Odile Jacob

Circadian clocks and nutrition Etienne Challet, Julien Delezie, Jorge Mendoza*

Correspondances en Métabolismes Hormones Diabètes et Nutrition – Vol. XIII – n° 3 – mai-juin 2009 – Département de neurobiologie des rythmes, Institut de neurosciences cellulaires et intégratives, CNRS UPR3212, Strasbourg.

Les travaux et publications du Docteur Claude Gronfier, chercheur au sein du Département de Chronobiologie de l’Unité Inserm 846 à Bron (Lyon), spécialiste des rythmes biologiques, du travail posté et du décalage horaire.

Les travaux et publications du DocteurYvan Touitou Chronobiologiste, ancien professeur des universités (faculté de médecine de la Pitié Salpêtrière), docteur en pharmacie, chercheur à la Fondation Adolphe-de-Rothschild. Il est auteur et coauteur de plus de trois cents publications scientifiques.

Les travaux et publications du Docteur B. Claustrat. Mélatonine et troubles du rythme veille-sommeil

Médecine du sommeil (2009) 6, 12—24 Service d’hormonologie, centre de médecine nucléaire, groupement hospitalier Est, 59, boulevard Pinel, 69677 Bron, France

Chronobiologie médicale, chronothérapeutique, Alain Reinberg Flammarion, coll. Médecine Sciences, 2e édition (2003)

 

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