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Le rythme circadien : définition

Notre vie est rythmée par l’alternance d’une phase d’éveil et d’une phase de sommeil, sur une période de 24 heures environ. Ce rythme veille-sommeil est un processus biologique que l’on nomme le rythme circadien. Produit par notre horloge interne, il influence de nombreux mécanismes biologiques, physiologiques mais aussi comportementaux de l’être humain. Son altération peut provoquer de nombreux troubles plus ou moins graves. Qu’est-ce que le rythme circadien et quels sont les troubles liés à ses modifications ?

Rythme circadien : qu’est ce que c’est ?

Un rythme circadien est un rythme biologique (ou biorythme) : un phénomène périodique et prévisible. En chronobiologie, cette suite de variations physiologiques peut être représentée sous forme de courbes : les chronogrammes. 

La période d’un rythme biologique se décompose en trois parties :

  • Un pic (acrophase) ;
  • Un creux (nadir) ;
  • Un niveau moyen (mésor).

La durée d’un biorythme peut varier :

  • Le rythme ultradien dure moins de 20 heures ;
  • Le rythme circadien dure 24 heures (± 4 heures) ;
  • Le rythme nycthéméral dure précisément 24 heures.

Le terme de  « circadien » a été créé par Franz Halberg (1919-2003), biologiste roumain considéré comme l’un des fondateurs de la chronobiologie moderne. Il vient du latin « circa » (« autour ») et « dies » (« jour »). 

Les caractéristiques du rythme circadien

Les rythmes circadiens sont endogènes – c’est-à-dire qu’ils sont produits par une horloge biologique interne. Cette horloge fonctionne même en l’absence de stimulis extérieurs. 

Le rythme circadien le plus connu (et le plus facile à observer !) est le rythme veille-sommeil. On observe chez l’humain, ainsi que chez la plupart des animaux, chez les végétaux, et même chez certains organismes unicellulaires.

Rythme circadien : exemple

Outre le sommeil, de nombreux mécanismes physiologiques, biologiques et comportementaux. fonctionnent suivant le rythme circadien, notamment :

  • La vigilance ;
  • La température corporelle ;
  • La pression artérielle ;
  • La sécrétion hormonale (cortisol, hormone de croissance ou mélatonine, entre autres) ;
  • La production d’urine et de selles.
Rythme circadien

Comment fonctionne le rythme circadien ?

On mentionne souvent l’horloge interne (ou horloge biologique). Il serait pourtant plus juste de parler d’«horloges internes ». Car si nous disposons d’une horloge centrale dans le cerveau, une multitude d’horloges biologiques sont répandues à travers notre organisme. On parle d’horloges secondaires ou moléculaires.

L’horloge centrale est située dans l’hypothalamus, et plus précisément dans les NSC (noyaux suprachiasmatiques) : ce sont eux qui envoient des signaux à chaque horloge secondaire, pour synchroniser leur activité. Les NSC sont également reliés à la glande pinéale (épiphyse) afin de contrôler la production de mélatonine.

Si l’horloge centrale de tout être humain fonctionne suivant le rythme circadien, l’existence de ces dizaines d’horloges périphériques crée des variations importantes d’un individu à l’autre, notamment en matière de comportement alimentaire ou de sommeil. Ainsi, le nombre d’heures de sommeil indispensable pour être en forme peut varier, et l’on distingue de petits et gros dormeurs. Certaines personnes sont par ailleurs très productives le matin, quand d’autres sont plutôt du soir. On distingue ainsi plusieurs profils (ou chronotypes). 

Connaître son chronotype est important, car cela permet de trouver son rythme de sommeil et de travail idéal. Pour cela, nul besoin d’examen du sommeil type polysomnographie : il suffit d’un questionnaire.

La synchronisation de l’horloge biologique

Des expériences dites « hors du temps » ont montré que lorsque des personnes sont isolées de la lumière du jour durant un laps de temps dans des conditions constantes (température, humidité, luminosité, etc.), elles conservent un cycle stable de 25 heures en moyenne. En revanche, si des personnes sont exposées pendant 10 heures à la lumière et pendant 10 heures à l’obscurité, leur cycle raccourcit pour s’établir autour de 20 heures en moyenne. Cela tend à prouver que si notre horloge interne rythme nos fonctions, elle est bien influencée par certains facteurs externes. 

Deux types de facteurs permettent donc à l’horloge interne de se synchroniser :

  • La composante endogène,  un facteur interne génétique ;
  • Les facteurs exogènes, externes.

Si le rythme circadien provient en partie de mécanismes cérébraux, il est en effet aussi influencé par des facteurs environnementaux. 

Toutes alternances peuvent être des synchroniseurs, par exemple le rythme de rotation de la Terre, l’alternance de la veille et du repos, mais aussi les rythmes sociaux (horaires de travail, vie sociale, etc.). Certaines alternances sont plus importantes que d’autres : c’est le cas de l’alternance du jour et de la nuit, qui contribue en grande partie à donner des repères (« zeitbergers ») et à synchroniser l’horloge biologique.

Quels sont les facteurs pouvant perturber le rythme circadien ?

Si certains facteurs fournissent des repères à l’horloge biologique, cela signifie que d’autres sont susceptibles de provoquer une perturbation, voire une désynchronisation.

  • Un décalage horaire implique un nouveau rythme nycthéméral : l’organisme doit donc resynchroniser son rythme circadien ;
  • La lumière bleue, émise par les écrans, est très semblable à la lumière du jour : elle envoie donc des signaux erronés, perturbant l’horloge biologique ;
  • Le travail posté impliquant un travail de nuit et des horaires irréguliers ;
  • Une alimentation riche en graisse, qui perturbe le rythme circadien de la production d’adiponectine et favorise l’obésité.

L’influence de la lumière du jour sur le rythme circadien

La lumière du jour constitue le principal facteur exogène de la synchronisation circadienne. Les signaux lumineux sont traités par des récepteurs spécifiques situés sur la rétine. Ce groupe de cellules ganglionnaires est appelé mélanopsine. Ce photorécepteur a la propriété de réguler des fonctions non visuelles telles que le cycle veille-sommeil et la vigilance. Elle joue un rôle crucial pour la production de la mélatonine, l’hormone du sommeil, qui ne se fait que dans le noir.

Une exposition nocturne à la lumière, même de faible intensité, suffit en effet à inhiber la sécrétion de mélatonine et à perturber l’horloge biologique. Il est à noter que les effets de la lumière dépendent de l’heure d’exposition, de ses caractéristiques (intensité, spectre, etc.) ainsi de ce que l’on appelle l’historique lumineux – autrement dit, de la durée de l’exposition à la lumière au cours de la journée.

La mélatonine : l’aiguille de notre horloge interne

Connue comme l’hormone du sommeil ou encore comme l’hormone de l’obscurité, la mélatonine peut-être considérée comme la clé ou l’aiguille de l’horloge interne. Elle constitue en effet un marqueur crucial de la synchronisation circadienne, car elle indique la durée du jour et de la nuit à l’organisme.

Quels sont les troubles du rythme circadien ?

Les troubles du rythme circadien se traduisent le plus souvent par une phase de sommeil anormale sur un cycle de 24 heures. On distingue principalement 3 types de troubles du rythme circadien :

  • L’avance de phase est marquée par un endormissement tôt (20 h) et un réveil très matinal (vers 3 ou 4 h du matin). L’avance de phase est principalement observée chez les personnes âgées ;
  • Le retard de phase se caractérise par un endormissement tardif, souvent au milieu de la nuit, et un éveil qui survient naturellement en fin de matinée. Ce syndrome se manifeste souvent à la puberté, et il est courant chez les jeunes adultes, ainsi que j’ai les personnes ayant un travail de nuit ;
  • Le libre cours se manifeste par un rythme biologique non synchronisé : en l’absence de récepteurs fonctionnels au niveau de l’œil, l’horloge interne n’est plus synchronisée par la lumière, et les horaires de sommeil se décalent peu à peu.

Les personnes affectées par une avance ou un retard de phase sont incapables de s’endormir et de se réveiller à des horaires normaux. S’ils tentent de s’y forcer, elles peuvent expérimenter des troubles du comportement, des troubles cardiovasculaires et des troubles métaboliques. En outre, elles dorment souvent moins, et mal.

Le libre cours est principalement traité par le tasimelteon, qui est administré chaque jour à heures fixes. Il peut toutefois augmenter le risque de parasomnie en provoquant notamment des cauchemars. L’avance et le retard de phase sont principalement traités par la luminothérapie. En cas de retard de phase, par la prise de mélatonine sous forme de compléments alimentaires.

Trouble du rythme circadien : causes et conséquences

Parmi les causes les plus courantes des troubles du rythme circadien : une mauvaise hygiène de sommeil, une activité physique intense en soirée ou un travail posté. 

De nombreux autres facteurs favorisent les troubles du rythme circadien : cancer, anxiété, dépression, mais aussi encéphalite ou encore maladie d’Alzheimer. Ils peuvent avoir une origine génétique : les familles dont plusieurs membres souffrent d’une avance ou d’un retard de phase semblent présenter une mutation de certains gènes horloges. 

Les dangers du travail de nuit

Le travail nocturne a donné lieu à différentes études visant à déterminer son impact sur l’horloge biologique. Ces recherches ont permis de mieux cerner les troubles du rythme circadien et leurs conséquences. Un travail de nuit induit une surexposition à la lumière artificielle et un manque de sommeil. Cela conduit rapidement à une dette de sommeil, ainsi qu’à des perturbations du métabolisme. Dans son rapport de 2016, l’Anses estime que : 

  • Les effets sur la somnolence, la qualité de sommeil et la réduction du temps de sommeil total, et le syndrome métabolique sont avérés ;
  • Les effets sur la santé psychique, les performances cognitives, l’obésité et la prise de poids, le diabète de type 2 et les maladies coronariennes (ischémie coronaire et infarctus du myocarde) sont probables ;
  • Les effets sur les dyslipidémies (concentrations trop élevées de certains lipides dans le sang), l’hypertension artérielle et les accidents vasculaires cérébraux ischémiques sont possibles.

Les conséquences des troubles du rythme circadien

Les troubles du rythme circadien impactent en premier lieu le cycle du sommeil. Le manque de sommeil peut aggraver les risques de troubles du sommeil. Cela va du simple fait d’expérimenter un sursaut pendant son sommeil ou de parler dans son sommeil à des troubles plus sérieux. Ils augmentent en outre les risques de :

  • Cancers ;
  • Troubles métaboliques et cardiovasculaires ;
  • Altérations des fonctions cognitives.

Chez les personnes âgées, ils favorisent enfin la dépression, l’anxiété, les troubles de l’humeur.