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Un rythme circadien est unrythme biologique d’une durée de 24 heures environ, qui possède au moins un cycle par période de 24 heures. Le terme « circadien », inventé parFranz Halberg, vient du latincirca, « autour», etdies, « jour », et signifie littéralement cycle qui dure « environ un jour »[2].
Le rythme veille-sommeil marque de manière déterminante le quotidien d’une majorité d'animaux, desinvertébrés auxhumains. Le rythme circadien le plus visible chez lesplantes concerne la position desfeuilles et despétales, qui se redressent ou s’ouvrent plus ou moins selon l’heure de la journée. Des rythmes circadiens peuvent aussi s’observer chez desorganismes unicellulaires, comme desmoisissures[3] et descyanobactéries.
Au sens strict, les rythmes circadiens sontendogènes. Ils sont produits par deshorloges biologiques, qualifiées elles aussi de circadiennes. Celles-ci opèrent même en absence de toutstimulus extérieur, dans des conditions parfaitement constantes de lumière et de température, pendant des semaines voire des mois. Ce cycle continuel est qualifié defree running. Dans des conditions constantes, ces rythmes endogènes permettent de maintenir la périodicité de 24 heures, mais des rythmes exogènes, causé par des stimuli, évoluent indépendamment de notre horloge biologique et ne se conforment pas à la période de 24 heures[4].
Pour décrire un rythme biologique qui se manifeste uniquement quand l’organisme est exposé à l’alternancejour-nuit, on parle plutôt derythme nycthéméral.
L’étude formelle des rythmes biologiques est appeléechronobiologie.
Le rythme circadien, c’est-à-dire l’alternance de périodes d’une durée de 24 heures, joue sur de nombreux mécanismes biologiques, physiologiques et comportementaux de l'être humain.
Cette rythmicité provient à la fois de l’environnement, et à la fois de mécanismes cérébraux. En effet, les rythmes circadiens sont liés aux mouvements de rotation de la terre et aux variations lumineuses qui sont le fait des alternances jours/nuits. Si on expose des personnes pendant 10 heures à la lumière, et 10 autres heures à l’obscurité, leur cycle tend à s’ajuster à une durée de 20 heures au lieu des 24 heures naturelles. Il y a donc des repères issus de l’environnement qui sont appelés « zeitgebers » (en allemand : ce qui donne l’heure), et qui sont prélevés par l’organisme pour s’ajuster au rythme circadien.Cependant, si on isole les personnes de toute variation lumineuse (c’est la méthode expérimentale des rythmes en libre cours), on observe qu’en supprimant l’alternance jours/nuits, on a à peu près le même rythme circadien conservé. Lavie[5] en 2001 a montré que les périodes de libre cours se maintenaient à peu près à 25 heures en moyenne chez la plupart des êtres humains. De plus, le rythme circadien n'est pas présent dès la naissance, les nouveau-nés dorment autant le jour que la nuit. Vers huit semaines, la plupart d'entre eux commencent à établir un début de rythme circadien, ce qui tend à soutenir l’idée qu’il y aurait une horloge biologique interne à l’organisme.Ainsi donc, pour soutenir ces deux types de faits, les scientifiques postulent l’idée qu’une horloge interne maintiendrait une rythmicité de nos fonctions, en s’ajustant aux repères/Zeitgebers fournis par l’environnement.
Les biomarqueurs et modèles animaux du rythme circadien
Les biomarqueurs du rythme circadien sont essentiels pour comprendre les cycles biologiques et leur régulation. Le Dim Light Melatonin Onset (DLMO) est un indicateur clé mesurant la sécrétion de mélatonine en absence de lumière, permettant d'évaluer les variations du cycle veille-sommeil. D'autres biomarqueurs incluent la température corporelle centrale, les expressions génétiques des gènes horloges (PER, CRY, BMAL1) et les niveaux de cortisol. Les modèles animaux, notamment les souris knock-out pour les gènes circadiens, permettent d'étudier les effets des mutations sur la régulation interne. La drosophile (*Drosophila melanogaster*) est également un modèle privilégié en raison de son horloge circadienne conservée. Ces études sont essentielles pour comprendre l'impact des rythmes biologiques sur la santé humaine, notamment dans les pathologies métaboliques et neurodégénératives[6].
Deux théories viennent répondre à la question de savoir pourquoi nous dormons la nuit. La première est la théorie de la récupération selon laquelle, le sommeil vise à rétablir l’équilibre physiologique interne (homéostasie) perturbé par l’activité de la veille. La seconde explique que l’espèce humaine est programmée par un mécanisme d’horloge interne à dormir la nuit, mais que le sommeil n’est pas nécessaire. Wever[7] a montré, en effet, dès 1979, que si l’on reste éveillé plus longtemps, la durée du sommeil tend à être plus courte. Ce qui viendrait soutenir l’idée que nous serions programmés à des cycles de veille-sommeil de 24 heures, peu importe le temps de sommeil qui y est inclus.Les variations de la température corporelle interne sont liées de très près aux cycles de veille/sommeil. Notre température corporelle baisse en effet pendant la phase de sommeil et augmente fortement pendant la veille. En l’absence de repères lumineux (dans le protocole des rythmes en libre cours), on constate que la température corporelle ne s’accorde plus au sommeil ou à la veille. Cettedésynchronisation nous montre qu’il y aurait plus d’une horloge circadienne dans l’organisme, et que plusieurs mécanismes seraient à l’origine du maintien de notre régularité.
Le fonctionnement de l’horloge interne est attribué à la contribution desnoyaux suprachiasmatiques, structures cérébrales situées dans l’hypothalamus et qui seraient le centre de contrôle du rythme circadien[8].L’expérience de Ralph[9] et ses collaborateurs en 1990 a pu attester de cette fonction, en montrant que la greffe de noyaux suprachiasmatiques issus de hamsters avec des rythmes circadiens anormaux de 20 heures sur des hamsters qui avaient des rythmes normaux de 25 heures, provoquait des cycles de 20 heures chez les hamsters greffés.
Buijs et Kalsbeeken[10], en 2001, ont montré de plus que leur activité électrique suit une rythmicité circadienne ainsi que leur activité métabolique et biochimique. Ils sont aussi sensibles à l’alternance de la lumière.En effet, à partir des yeux, l’information lumineuse est recueillie par desphotorécepteurs (cellules réceptrices de la rétine) spécifiques (différents des cônes et bâtonnets voire vision). Ce sont des cellules ganglionnaires qui répondent aux variations lentes des niveaux de la luminosité ambiante. Le photopigment découvert correspondant à ces photorécepteurs spécifiques est lamélanopsine.Ce sont des neurones qui traduisent le message lumineux en messages électriques (potentiel d'action) et qui sont transmis le long des voies rétino-hypothalamiques (thalamus). Ces voies suivent lenerf optique puis sortent deschiasmas optiques pour atteindre les noyaux suprachiasmatiques.LeGABA est leneurotransmetteur principal des neurones des noyaux suprachiasmatiques, mais ils sécrètent aussi unneuromodulateur : lavasopressine.Lesaxones de ces noyaux innervent de nombreuses régions : des régions proches de l’hypothalamus, des régions dumésencéphale et dudiencéphale.Le potentiel d’action n’est pas nécessaire au maintien de la rythmicité. En effet, si on bloque les potentiels d’action, la rythmicité se maintient. C’est donc dans leurs fonctions métaboliques et chimiques qu’il faut chercher le mécanisme de l’horloge biologique.En effet, latranscription de certains gènes peuvent comporter un rythme circadien[11]. LesmicroARN sont susceptibles de jouer un rôle dans cette rythmicité[12].
On a trouvé qu’un cycle moléculaire gouvernait l’expression de cesgènes, que l’on appelle pour cette raison : les gènes-horloges. Ces gènes produisent desprotéines toutes les 24 heures grâce à un mécanisme derétroaction négative. Ils produisent, en plus des protéines nécessaires à leur expression, des protéines qui participent à l’inhibition de leurs propres expressions, et qui maintient un cycle de 24 heures.
une alimentation riche engraisses, qui perturbe le sommeil en troublant le rythme circadien de production d’adiponectine[15] ; l’hormone synthétisée au sein dutissu adipeux. Cette hormone joue un rôle important pour le stockage deslipides en régulant la combustion des graisses via une augmentation de la sensibilité à l’insuline (ce qui favorise le déstockage des graisses). Chez la souris de laboratoire, une diminution de production de cette hormone est induite par une alimentation grasse, et peut causer un surpoids important ; un manque de sommeil serait facteur d’obésité pour cette même raison.
Les horloges biologiques jouent un rôle sur la vigilance, la température corporelle, la régulation hormonale, mais aussi sur lesystème immunitaire. Un dérèglement de ces rythmes peut induire surpoids et inflammation intestinale. Le mécanisme implique lescellules lymphoïdes innées de type 3 (ILC3). Ces cellules qui pilotent l'absorption des lipides tout en combattant les infections s’avèrent sensibles, surmodèle murin, aux dérèglements de leur horloge cellulaire ou du rythme circadien[16]. C'est ainsi que« la privation de sommeil et ou des habitudes de sommeil altérées peuvent avoir des conséquences (…) sur la santé, entrainant une série de maladies qui ont souvent une composante immunitaire »[17].
↑Arlene EujungCha, « Nobel in physiology, medicine awarded to three Americans for discovery of 'clock genes' »,Washington Post,(lire en ligne, consulté le)
(histoire des sciences) "Aux origines de la chronobiologie", texte d'André Klarsfeld (ENSPCI) commentant une "Observation botanique" (Mairan 1729), Site[1].
