La chronobiologie est une discipline scientifique étudiant l'organisation temporelle des êtres vivants, des mécanismes qui en assurent la régulation (contrôle, maintien) et de ses altérations. Cette discipline traite essentiellement de l'étude des rythmes biologiques.

La chronobiologie est une discipline en plein essor et dont les applications se développent dans différents domaines, par exemple :

les moments particuliers d´une prise médicamenteuse pour optimiser son action et /ou limiter les effets secondaires.
l´importance des phénomènes rythmiques au niveau physiologique pouvant entraîner des variations de performance.
la connaissance des rythmes biologiques des espèces animales et végétales ; de leurs capacités de synchronisation en fonction des caractéristiques des milieux.

Les recherches des 50 dernières années prouvent que toutes les activités biologiques et physiologiques varient dans le temps et les phénomènes périodiques sont à la base de toute vie organique.

Il y a une multitude de rythmes, de cycles, de pulsations. La chronobiologie conduit à de nouvelles conceptions de la physiologie, de la médecine, de la nutrition, de l'hygiène, des rythmes scolaires, des décalages horaires, de la toxicologie et de la thérapeutique.

La biologie de nos métabolismes induits par l’horloge interne qui régit notre corps a donc donné naissance à la chronobiologie, véritable axe de réflexion et discipline à part entière de la médecine. Une des premières applications de la chronobiologie est l’administration de médicaments à des heures de sensibilité plus grande des organes récepteurs, ou de moindre toxicité pour l’organisme.

Les rythmes circadiens

les rythmes circadiens (circa : à peu près et diem : jour, rythmes d'environ 24 h) sont les rythmes qui sont naturellement liés au synchroniseur jour nuit des être vivants soumis à l'éclairement jour/nuit. Les contingences sociales et les rythmes alimentaires conduisent également le plus souvent à ce type de synchronisation.

Les rythmes circadiens sont décrits comme étant endogènes, c'est-à-dire qu'ils sont générés à l'intérieur de notre corps par un mécanisme temporel interne : l'horloge circadienne. Chez l'humain, plusieurs rythmes circadiens sont observés tels que ceux de :

la température corporelle
des hormones (cortisol, mélatonine)
du rythme cardiaque
du niveau d'éveil
de l'humeur
de la vigilance
de la mémoire

Presque que toutes les caractéristiques physiologiques du corps sont influencées par les rythmes circadiens incluant :

Les cycles de veille/sommeil
L'alternance périodique du cycle veille/sommeil est le rythme le plus facile à observer. Chez les individus normaux qui sont actifs et travaillent pendant la journée, deux processus interagissent pour les maintenir éveillés pendant à peu près 16 heures et endormis pendant à peu près 8 heures.

un mécanisme homéostatique – par lequel la pression à s'endormir s'accumule au cours de la période d'éveil. En d'autres mots, plus vous êtes resté éveillé(e) longtemps, plus vous aurez envie de dormir.

un processus circadien – par lequel de puissants signaux physiologiques favorisant l'éveil et le sommeil s'exercent à des moments spécifiques de la journée. Certains moments de la journée sont plus propices pour dormir et d'autres pour rester éveillé(e).

L'interaction entre ces deux processus explique pourquoi il y a autant de travailleurs de nuit qui ont des problèmes à dormir. Ainsi devoir dormir à des moments où l'oscillateur circadien favorise l'éveil peut conduire à des périodes de sommeil plus courtes et perturbées

L'âge
De l'enfance à la vieillesse, l'oscillateur circadien change et affecte les habitudes de sommeil. En réponse à des signaux envoyés par l'horloge interne, les adolescents peuvent avoir une préférence à se coucher et se lever tard. Lorsqu'on avance en âge, on voit apparaître le phénomène inverse : le coucher et le lever se font plus tôt et le sommeil devient plus léger. Fait intéressant, les animaux de laboratoire qui ont subi une mutation des gènes de l'horloge présentent non seulement des rythmes circadiens altérés mais aussi des signes prématurés de vieillissement.

La température corporelle
La température corporelle centrale (rectale) suit également un rythme circadien : en fin de soirée, la température est facilement d'un degré Celsius de plus que le matin. En fait, le contrôle de la perte de chaleur à travers le corps suit un rythme circadien, associé de près au sommeil et à la somnolence. Au coucher, des capteurs de température peuvent détecter un déclin graduel de la température corporelle centrale et une perte de chaleur par les extrémités (ex : mains et pieds) lesquels sont étroitement associés au début de l'endormissement. Des niveaux maximum de somnolence, habituellement observés juste avant l'aube, coïncident avec le minimum de la température corporelle centrale.

La production hormonale
Certaines hormones sont associées de plus près à l'horloge biologique que d'autres. La mélatonine présente un rythme circadien prononcé qui culmine pendant la nuit. Le cortisol affecte plusieurs fonctions du corps incluant le métabolisme et la régulation du système immunitaire. Ses niveaux sont à leur maximum au lever le matin et décroissent graduellement au cours de la journée pour atteindre un creux tôt dans la nuit.

Le système cardiovasculaire
Les crises cardiaques et les accidents cérébro-vasculaire (ACV) ont tendance à se produire d'avantage le matin qu'à n'importe quelle autre période de la journée. La tension artérielle augmente le matin et reste élevée jusqu'en fin d'après-midi; par la suite, elle diminue et atteint son niveau le plus bas au cours de la nuit.

La tolérance à la douleur
La tolérance à la douleur est plus élevée dans l'après-midi. Par exemple, les douleurs dentaires sont à leur plus faible en fin d'après-midi.

Le cycle menstruel
Les femmes rapportent souvent des changements dans leur sommeil au cours de leur cycle menstruel avec plus de perturbations juste avant les menstruations. La perturbation du sommeil est fréquente pendant cette période chez celles qui souffrent de trouble dysphorique prémenstruel. De façon intéressante, des changements dans le rythme circadien de la température corporelle surviennent durant le cycle menstruel et une perturbation de la production de mélatonine pourrait survenir dans ce trouble. Ceci a poussé les scientifiques à investiguer les bases biologiques de ces changements et la relation entre l'horloge biologique et le cycle menstruel.

La médication
Les scientifiques étudient la façon dont les rythmes circadiens affectent la prise de médicaments. Il a entre autre été découvert qu'on peut administrer moins d'anesthésiants en après-midi pour le même effet qu'avec une dose plus grande à un autre moment de la journée. Les différents tissus du corps humains ont leur propre horloge circadienne, donc un médicament administré aux mêmes doses à différents moments de la journée peut donner des effets différents. La chronothérapie harmonise les traitements avec les rythmes circadiens endogènes afin d'atteindre une efficacité maximale et réduire les effets secondaires.

Lancement d’un projet européen de chronothérapie
Un programme européen de chronothérapie baptisé TEMPO vient d'être lancé. Coordonné par le professeur Francis Levy, il implique une trentaine de chercheurs français, italiens et anglais et vise particulièrement le traitement du cancer colorectal. Objectif : optimiser la tolérance et l'efficacité des traitements anti-cancéreux en tenant compte des variations au cours du temps des profils génomiques de chaque individu.

Définitions

L'homéostasie, affirme que le but des fonctions physiologiques est de maintenir la stabilité et l'équilibre du milieu intérieur. Ce principe conduit à établir des valeurs moyennes de référence (dites "normales") pour de nombreux paramètres biologiques. L'homéostasie, c'est voir la position moyenne du balancier de l'horloge et ignorer son mouvement de va et vient.

La chronobiologie étudie toutes les variations, rapides ou lentes, des activités biologiques et leur organisation dans le temps. La chronobiologie conduit à une facon nouvelle, moderne et scientifique de concevoir la médecine, la santé, la thérapeutique et l'hygiène.

Les rythmes biologiques sont des automatismes biologiques, des alternances d'activité et de repos de période stable comme le rythme veille-sommeil de 24h 30 ou les rythmes de 90 mn du sommeil paradoxal et du cortisol.


Les horloges biologiques sont des structures biologiques dont l'activité rythmique automatique est susceptible d'entraîner et de synchroniser d'autres systèmes biologiques.


Références :
Le Centre de recherche du Douglas - Québec
Rythmes biologiques et cancers
Société Francophone de Chronobiologie

Vous souhaitez approfondir vos connaissances en chronobiologie ?

Participez à la formation permanente "Prise en compte de l'aspect rythmique en biologie" organisée à Strasbourg en juin 2009

Lieu
Université de Strasbourg 21, rue du Maréchal Lefebvre

Renseignements
Responsable: Patrick Vuillez & Sylvie Raison
Email: raison@neurochem.u-strasbg.fr
Tél.: 03.88.45.66.84 Fax.: 03.88.45.66.54
Site web: http://www.seforco.fr/stage-784-0809.html