Cours de neurosciences sur la chronobiologie

CM5 neuro

Chronobiologie : la biologie des rythmes

Qu’est ce qu’un rythme biologique ?

Un rythme est la variation mesurable d’un phénomène périodique, qui montre une répétition dans un intervalle de temps régulier.

Tout organisme vivant est soumis à des rythmes (moléculaires, physiologiques, comportementaux).

[pic 1]

Un rythme circadien a une période d’environ 24h (entre 20h et 28h) ex: température corporelle

Un rythme ultradien a une période plus courte que 20h (= une fréquence supérieure à 20h) ex: battements cardiaques

Un rythme infradien a une période plus longue que 28h (= une fréquence inférieure à 28h) ex: cycle ovarien féminin

Un rythme circannuel est un rythme infradien d’une période d’environ une année ex: hibernation

Le nycthémère est défini par l’alternance jour/nuit (donc 24h sur Terre) = période de l’alternance jour/nuit.

Des rythmes sont en opposition de phase si l’acrophase de l’un correspond à la bathyphase de l’autre.

Beaucoup de rythmes biologiques sont en décalage de phase.

Beaucoup de ces rythmes sont interdépendants et constituent la structure temporelle du vivant. (exemple pique de CRF provoque pique d’ACTH et pique de corticostéone).

Les rythmes circadiens

Le rythme circadien est le rythme universel observable sur la totalité des organismes eucaryotes, et certains procaryotes.

Ce rythme endogène d’environ 24h (horloge interne) est synchronisé par des synchronisateurs externes, principalement l’alternance jour/nuit.

Il reste présent toute la vie de l’individu, et garantit que le comportement et la physiologie de l’individu sont adaptés aux conditions externes.

Il y a des périodes dans la journée où l’on est plus efficace pour effectuer certaines tâches.

Exemple : variation de la température corporelle en phase avec l’alternance jour/nuit.

Test dessin au miroir : on performe mieux en début de mâtiné.

Plus de naissance dans la nuit/début matin.

Mise en évidence de l’horloge interne :

Il a fait le constat que la nuit les feuilles se replient.

Est-ce que c’est le mimosa qui fait ça avec le soleil ou non, pour cela il enferme son mimosa dans le placard et il a vu que les feuilles se ferment quand même.

=> Existence d’un rythme de 24h endogène, d’une horloge interne.

Expérience en libre cours = hors du temps :

Michel Siffle

1962: il passe 2 mois dans le gouffre de Scarasson sans repère temporel, et informe sur ses heures de couchers et levers par téléphone. Il ressort le 17 Septembre, pensant être le 20 Août. Son nycthémère selon l’horloge interne a une période de 24h11min.

Le sommeil échappe au rythme circadien.

1972: reste 205 jours dans la Midnight Cave, où son sommeil est analysé par EEG. Malgré son « entraînement » il se trompe de date de 2 mois à la fin de l’expérience.

Avec l’EEG ils ont vu que son sommeil était totalement décalé.

1999: retour dans la grotte de Clamouse, à 60 ans, pour étudier l’influence du vieillissement sur son rythme circadien.

Ces expériences de libre-cours mettent en évidence le rythme circadien endogène (horloge biologique interne) de ≃24.5 heures (on n’est pas perturbé par notre jour/nuit de 24,5h car on a la lumière qui nous remet à l’heure)

• L’actogramme permet de suivre les périodes de repos et d’activité des animaux à l’aide d’une roue en libre accès.

• L’activité spontanée des rongeurs suit le cycle lumière/obscurité (actif la nuit). [pic 2]

• En situation de libre-cours (lumière ou obscurité totale) on observe un décalage de phase progressif de la période d’activité par rapport au nycthémère réel. On peut voir que ‘l’horloge interne du hamster est de un peu moins de 24h.

[pic 3]

L’animal arrive à suivre le rythme

Le rythme biologique échaque à l’alternance jour/nuit.

Le donneur de temps :

Vrai = soleil = synchroniseur principal.

Sans soleil : on ne va pas avoir un cycle veille/sommeil très varié.

• Le rythme endogène d’un organisme est dicté par un oscillateur central autonome (activité pacemaker), avec un rythme d’une période d’environ 24h

• L’oscillateur central peut être entraîné par des synchroniseurs externes, les zeitgebers (time giver). Ce sont des facteurs environnementaux ou sociaux, toujours périodiques, susceptibles de modifier la période ou la phase d’un rythme. Le synchroniseur principal est le cycle lumière/obscurité.

• L’oscillateur central influence de nombreuses fonctions physiologiques via des oscillateurs secondaires (ou esclaves).

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