Rythme circadien

Un rythme circadien ou cycle circadien est une oscillation naturelle qui se répète environ toutes les 24 heures.

Les rythmes circadiens peuvent faire référence à tout processus qui prend naissance au sein d'un organisme et répond à l'environnement.

Les rythmes circadiens sont régulés par une horloge circadienne dont la fonction principale est de coordonner rythmiquement les processus biologiques afin qu'ils se produisent au bon moment pour maximiser la condition physique d'un individu. Les rythmes circadiens ont été largement observés chez les animaux, les plantes, les champignons et les cyanobactéries et il est prouvé qu'ils ont évolué indépendamment dans chacun de ces règnes de la vie.

Le terme circadien vient du latin circa, signifiant «environ», et dies, signifiant «jour». Les processus avec des cycles de 24 heures sont plus généralement appelés rythmes diurnes ; les rythmes diurnes ne doivent pas être appelés rythmes circadiens à moins qu'ils puissent être confirmés comme étant endogènes et non environnementaux.

Bien que les rythmes circadiens soient endogènes, ils sont ajustés à l'environnement local par des signaux externes appelés zeitgebers (de l'allemand Zeitgeber («donneur de temps»), qui incluent la lumière, la température et les cycles redox. En clinique Dans certains contextes, un rythme circadien anormal chez l'homme est connu sous le nom de trouble du sommeil du rythme circadien.

Un peu d'histoire

Bien qu'il existe de nombreuses mentions du «cycle naturel du corps» dans les cultures orientales et amérindiennes, le premier récit occidental enregistré d'un processus circadien est attribué à Théophraste, datant du 4ème siècle avant JC, lui a probablement été fourni par le rapport d'Androsthène, un capitaine de navire servant sous Alexandre le Grand. Dans son livre «Περὶ φυτῶν ἱστορία», ou «Enquête sur les plantes», Théophraste décrit un «arbre avec de nombreuses feuilles comme la rose, et que celui-ci se ferme la nuit, mais s'ouvre au lever du soleil, et à midi il est complètement déployé ; et le soir encore, il se ferme peu à peu et reste fermé la nuit, et les indigènes disent qu'il s'endort. L'arbre mentionné par lui a été identifié beaucoup plus tard comme le tamarinier par le botaniste H. Bretzl, dans son livre sur les découvertes botaniques des campagnes d'Alexandrie.

L'observation d'un processus circadien ou diurne chez l'homme est mentionnée dans des textes médicaux chinois datant du XIIIe siècle environ, notamment le Manuel de midi et de minuit et la Comptine mnémonique pour aider à Sélection des points d'acupuncture selon le cycle diurne, le jour du mois et la saison de l'année.

En 1729, le scientifique français Jean-Jacques d'Ortous de Mairan a mené la première expérience conçue pour distinguer une horloge endogène des réponses aux stimuli quotidiens. Il a noté que les schémas de mouvement sur 24 heures des feuilles de la plante Mimosa pudica persistaient, même lorsque les plantes étaient maintenues dans l'obscurité constante.

En 1896, Patrick et Gilbert ont observé que pendant une période prolongée de privation de sommeil, la somnolence augmente et diminue sur une période d'environ 24 heures. En 1918, J.S. Szymanski a montré que les animaux sont capables de maintenir des schémas d'activité de 24 heures en l'absence de signaux externes tels que la lumière et les changements de température.

Au début du 20e siècle, des rythmes circadiens ont été observés dans les heures d'alimentation rythmées des abeilles. Auguste Forel, Ingeborg Beling et Oskar Wahl ont mené de nombreuses expériences pour déterminer si ce rythme était imputable à une horloge endogène. L'existence d'un rythme circadien a été découverte indépendamment chez les mouches des fruits en 1935 par deux zoologistes allemands, Hans Kalmus et Erwin Bünning.

En 1954, une expérience importante rapportée par Colin Pittendrigh a démontré que l'éclosion (le processus de transformation de la pupe en adulte) chez Drosophila pseudoobscura était un comportement circadien. Il a démontré que même si la température jouait un rôle vital dans le rythme de l'éclosion, la période d'éclosion était retardée mais pas arrêtée lorsque la température diminuait.

Le terme circadien a été inventé par Franz Halberg en 1959. Selon la définition originale de Halberg :

Le terme « circadien » est dérivé de circa (environ) et dies (jour) ; cela peut laisser entendre que certaines périodes physiologiques sont proches de 24 heures, voire exactement de cette durée. Ici, « circadien » peut être appliqué à tous les rythmes « de 24 heures », que leurs périodes, individuellement ou en moyenne, diffèrent ou non de 24 heures, plus longues ou plus courtes, de quelques minutes ou heures.

En 1977, le Comité international de nomenclature de la Société internationale de chronobiologie a officiellement adopté la définition :

Circadien : relatif aux variations ou rythmes biologiques avec une fréquence de 1 cycle en 24 ± 4 h ; environ (environ, environ) et meurt (jour ou 24 h).
Remarque : le terme décrit des rythmes avec une durée de cycle d'environ 24 heures, qu'ils soient synchronisés en fréquence avec (acceptable) ou qu'ils soient désynchronisés ou libres de l'échelle de temps environnementale locale, avec des périodes de légèrement mais systématiquement différent de 24 h.

Acceptation

Pour être appelé circadien, un rythme biologique doit répondre à ces trois critères généraux :

1. Le rythme a une période libre endogène qui dure environ 24 heures. Le rythme persiste dans des conditions constantes, c'est-à-dire dans une obscurité constante, sur une période d'environ 24 heures.
   La période du rythme dans des conditions constantes est appelée période de libre fonctionnement et est désignée par la lettre grecque τ (tau). La raison d'être de ce critère est de distinguer les rythmes circadiens des simples réponses à des signaux externes quotidiens. Un rythme ne peut être considéré comme endogène que s’il a été testé et s’il persiste dans des conditions sans apport périodique externe. Chez les animaux diurnes (actifs pendant la journée), τ est en général légèrement supérieur à 24 heures, alors que chez les animaux nocturnes (actifs la nuit), τ est en général plus court. plus de 24 heures.
2. Les rythmes sont entrainables. Le rythme peut être réinitialisé par l’exposition à des stimuli externes (tels que la lumière et la chaleur), un processus appelé entraînement. Le stimulus externe utilisé pour entraîner un rythme est appelé le zeitgeber, ou «donneur de temps». Les voyages à travers les fuseaux horaires illustrent la capacité de l’horloge biologique humaine à s’ajuster à l’heure locale ; une personne subira généralement un décalage horaire avant que l'entraînement de son horloge circadienne ne la synchronise avec l'heure locale.
3. Les rythmes présentent une compensation de température. En d’autres termes, ils maintiennent une périodicité circadienne sur une plage de températures physiologiques. De nombreux organismes vivent dans une large plage de températures, et les différences d’énergie thermique affecteront la cinétique de tous les processus moléculaires dans leurs cellules. Afin de suivre le temps, l'horloge circadienne de l'organisme doit maintenir une périodicité d'environ 24 heures malgré les changements de cinétique, une propriété connue sous le nom de compensation de température. Le coefficient de température Q10 est une mesure de cet effet compensateur. Si le coefficient Q10 reste proche de 1 à mesure que la température augmente, le rythme est considéré comme compensé par la température.

Importance chez les animaux

La rythmicité circadienne est présente dans les habitudes de sommeil et d'alimentation des animaux, y compris des êtres humains. Il existe également des schémas clairs de température corporelle centrale, d'activité des ondes cérébrales et de production d'hormones. , régénération cellulaire et autres activités biologiques.

De plus, le photopériodisme, la réaction physiologique des organismes à la durée du jour ou de la nuit, est vital à la fois pour les plantes et les animaux, et le système circadien joue un rôle. dans la mesure et l'interprétation de la durée du jour. La prévision en temps opportun des périodes saisonnières des conditions météorologiques, de la disponibilité de nourriture ou de l'activité des prédateurs est cruciale pour la survie de nombreuses espèces. Bien qu'il ne s'agisse pas du seul paramètre, la durée changeante de la photopériode (durée du jour) est l'indice environnemental le plus prédictif du calendrier saisonnier de la physiologie et du comportement, notamment du moment de la migration, de l'hibernation et de la reproduction.

Effet de la perturbation circadienne

Des mutations ou délétions de gènes d'horloge chez la souris ont démontré l'importance des horloges biologiques pour garantir le bon timing des événements cellulaires/métaboliques ; les souris mutantes horloge sont hyperphagiques et obèses et ont un métabolisme du glucose altéré. Chez la souris, la suppression du Rev-ErbA gène de l'horloge alpha peut entraîner une obésité induite par l'alimentation et modifier l'équilibre entre l'utilisation du glucose et des lipides, prédisposant au diabète. Cependant, il n'est pas clair s'il existe une forte association entre les polymorphismes du gène de l'horloge chez l'homme et la susceptibilité à développer le syndrome métabolique.

Effet du cycle lumière-obscurité

Le rythme est lié au cycle lumière-obscurité. Les animaux, y compris les humains, maintenus dans l'obscurité totale pendant de longues périodes finissent par fonctionner à un rythme libre. Leur cycle de sommeil est repoussé ou avancé chaque "jour", selon que leur "jour", leur période endogène, est plus courte ou plus longue que 24 heures. Les signaux environnementaux qui réinitialisent les rythmes chaque jour sont appelés zeitgebers. Les mammifères souterrains totalement aveugles (par exemple, le rat-taupe aveugle Spalax sp.) sont capables de maintenir leurs horloges endogènes en l'absence apparente de stimuli externes. Bien qu'ils ne disposent pas d'yeux formateurs d'images, leurs photorécepteurs (qui détectent la lumière) sont toujours fonctionnels ; ils font également surface périodiquement.

Les organismes libres qui ont normalement un ou deux épisodes de sommeil consolidés en auront toujours lorsqu'ils se trouvent dans un environnement protégé des signaux externes, mais le rythme n'est pas entraîné par le cycle lumière-obscurité de 24 heures dans la nature. Le rythme veille-sommeil peut, dans ces circonstances, devenir déphasé par rapport à d'autres rythmes circadiens ou ultradiens tels que les rythmes métaboliques, hormonaux, électriques du SNC ou des neurotransmetteurs.

Des recherches récentes ont influencé la conception des environnements des engins spatiaux, car les systèmes qui imitent le cycle lumière-obscurité se sont révélés très bénéfiques pour les astronautes. La luminothérapie a été testée comme traitement des troubles du sommeil.

Chez les mammifères

Une variante d'un eskinogramme illustrant l'influence de la lumière et de l'obscurité sur les rythmes circadiens ainsi que sur la physiologie et le comportement associés à travers le noyau suprachiasmatique chez l'homme.

L'horloge circadienne primaire chez les mammifères est située dans le noyau (ou noyaux) suprachiasmatique (SCN), une paire de groupes distincts de cellules situés dans l'hypothalamus. La destruction du SCN entraîne l’absence totale d’un rythme veille-sommeil régulier. Le SCN reçoit des informations sur l'éclairage à travers les yeux.

La rétine de l'œil contient des photorécepteurs « classiques » (« bâtonnets » et « cônes »), qui sont utilisés pour la vision conventionnelle. Mais la rétine contient également des cellules ganglionnaires spécialisées qui sont directement photosensibles et se projettent directement vers le SCN, où elles contribuent à l'entraînement (synchronisation) de cette horloge circadienne maîtresse. Les protéines impliquées dans l'horloge SCN sont homologues à celles trouvées chez la mouche des fruits.

Ces cellules contiennent le photopigment mélanopsine et leurs signaux suivent une voie appelée tractus rétinohypothalamique, menant au SCN. Si les cellules du SCN sont prélevées et cultivées, elles maintiennent leur propre rythme en l'absence de signaux externes.

Le SCN extrait les informations sur la durée du jour et de la nuit de la rétine, les interprète et les transmet à la glande pinéale, une petite structure en forme de pomme de pin. et situé sur l'épithalamus. En réponse, la pinéale sécrète l’hormone mélatonine. La sécrétion de mélatonine culmine la nuit et diminue pendant la journée et sa présence fournit des informations sur la durée de la nuit.

Plusieurs études ont indiqué que la mélatonine pinéale se répercute sur la rythmicité du SCN pour moduler les schémas d'activité circadiens et d'autres processus. Cependant, la nature et l'importance de ces commentaires au niveau du système sont inconnues.

Les rythmes circadiens des humains peuvent être entraînés sur des périodes légèrement plus courtes ou plus longues que les 24 heures de la Terre. Des chercheurs de Harvard ont montré que les sujets humains peuvent au moins être entraînés à un cycle de 23,5 heures et à un cycle de 24,65 heures.

Les humains

Lorsque les yeux reçoivent la lumière du soleil, la production de mélatonine par la glande pinéale est inhibée et les hormones produites maintiennent l'humain éveillé.

Lorsque les yeux ne reçoivent pas de lumière, la mélatonine est produite dans la glande pinéale et l'humain se fatigue.

Les premières recherches sur les rythmes circadiens suggéraient que la plupart des gens préféraient une journée plus proche de 25 heures lorsqu'ils étaient isolés des stimuli externes comme la lumière du jour et l'indication de l'heure. Cependant, cette recherche était erronée car elle n'a pas réussi à protéger les participants de la lumière artificielle.

Bien que les sujets soient protégés des signaux horaires (comme les horloges) et de la lumière du jour, les chercheurs n'étaient pas conscients des effets de retardement de phase des lumières électriques intérieures. Les sujets étaient autorisés à allumer la lumière lorsqu’ils étaient éveillés et à l’éteindre lorsqu’ils voulaient dormir. La lumière électrique le soir retardait leur phase circadienne. Une étude plus rigoureuse menée en 1999 par l'Université Harvard a estimé que le rythme humain naturel était plus proche de 24 heures et 11 minutes : beaucoup plus proche du jour solaire. Une étude plus récente de 2010 est cohérente avec cette recherche, qui identifiait également des différences entre les sexes, la période circadienne des femmes étant légèrement plus courte (24,09 heures) que celle des hommes (24,19 heures). heures). Dans cette étude, les femmes avaient tendance à se réveiller plus tôt que les hommes et à préférer davantage les activités matinales que les hommes, bien que les mécanismes biologiques sous-jacents à ces différences soient inconnus.

Marqueurs et effets biologiques

Les marqueurs de phase classiques pour mesurer le rythme circadien d'un mammifère sont :

1. Sécrétion de
2. mélatonine par la glande pinéale,
3. température corporelle centrale minimale, et
4. niveau plasmatique de cortisol.

Pour les études de température, les sujets doivent rester éveillés mais calmes et semi-allongés dans l'obscurité pendant que leur température rectale est prise en continu. Bien que la variation soit grande parmi les chronotypes normaux, la température moyenne de l'adulte humain atteint son minimum vers 5h00 du matin, environ deux heures avant l'heure habituelle de réveil.

Baehr et al. ont constaté que, chez les jeunes adultes, la température corporelle minimale quotidienne se situait vers 04h00 (4h00) pour les types du matin, mais vers 06h00 (6h00) pour les types du soir. Ce minimum s'est produit approximativement au milieu de la période de sommeil de huit heures pour les types matinaux, mais plus près du réveil pour les types soir.

La mélatonine est absente du système ou indétectablement faible pendant la journée. Son apparition dans la pénombre, l'apparition de la mélatonine dans la pénombre (DLMO), vers 21h00 (21h00), peut être mesurée dans le sang ou la salive. Son principal métabolite peut également être mesuré dans l'urine du matin.
Le DLMO et le point médian (dans le temps) de la présence de l'hormone dans le sang ou la salive ont été utilisés comme marqueurs circadiens. Cependant, des recherches plus récentes indiquent que la compensation de la mélatonine pourrait être le marqueur le plus fiable. Benloucif et al. ont découvert que les marqueurs de phase de la mélatonine étaient plus stables et plus fortement corrélés au moment du sommeil qu'à la température centrale minimale. Ils ont découvert que le décalage du sommeil et celui de la mélatonine sont plus fortement corrélés aux marqueurs de phase que le début du sommeil. De plus, la phase de diminution des niveaux de mélatonine est plus fiable et stable que la fin de la synthèse de mélatonine.

D'autres changements physiologiques qui se produisent selon un rythme circadien incluent la fréquence cardiaque et de nombreux processus cellulaires, notamment le stress oxydatif, le métabolisme cellulaire, les réponses immunitaires et inflammatoires, la modification épigénétique, les voies de réponse à l'hypoxie/hyperoxie, le stress réticulaire endoplasmique, l'autophagie. , et la régulation de l'environnement des cellules souches."

Dans une étude menée auprès de jeunes hommes, il a été constaté que la fréquence cardiaque atteint son rythme moyen le plus bas pendant le sommeil et son rythme moyen le plus élevé peu après le réveil.

Contrairement aux études précédentes, il a été constaté que la température corporelle n'a aucun effet sur les performances aux tests psychologiques. Cela est probablement dû aux pressions évolutives en faveur d'une fonction cognitive plus élevée par rapport aux autres domaines fonctionnels examinés dans des études précédentes.

En dehors de "l'horloge maîtresse"

Des rythmes circadiens plus ou moins indépendants se retrouvent dans de nombreux organes et cellules du corps en dehors des noyaux suprachiasmatiques (SCN), «l'horloge maîtresse». En effet, le neuroscientifique Joseph Takahashi et ses collègues ont déclaré dans un article de 2013 que « presque toutes les cellules du corps contiennent une horloge circadienne ». Par exemple, ces horloges, appelées oscillateurs périphériques, ont été trouvées dans la glande surrénale, l'œsophage, les poumons, le foie, le pancréas, la rate, le thymus et la peau. Il existe également des preuves que le bulbe olfactif et la prostate peuvent subir des oscillations, du moins lorsqu'ils sont cultivés.

Bien que les oscillateurs de la peau réagissent à la lumière, une influence systémique n'a pas été prouvée. De plus, il a été démontré que de nombreux oscillateurs, comme les cellules hépatiques, par exemple, réagissent à des apports autres que la lumière, comme l'alimentation.

La lumière et l'horloge biologique

La lumière réinitialise l'horloge biologique conformément à la courbe de réponse de phase (PRC). Selon le moment, la lumière peut avancer ou retarder le rythme circadien. Le PRC et l'éclairement requis varient d'une espèce à l'autre, et des niveaux de lumière plus faibles sont nécessaires pour réinitialiser les horloges chez les rongeurs nocturnes que chez les humains.

Cycles plus longs ou plus courts imposés

Diverses études sur les humains ont utilisé des cycles de veille/sommeil forcés très différents de 24 heures, comme celles menées par Nathaniel Kleitman en 1938 (28 heures) et Derk-Jan Dijk et Charles Czeisler dans les années 1990 (20 heures). Étant donné que les personnes ayant une horloge circadienne normale (typique) ne peuvent pas s'entraîner à de tels rythmes jour/nuit anormaux, on parle alors de protocole de désynchronisation forcée.

Dans le cadre d'un tel protocole, les épisodes de sommeil et d'éveil sont découplés de la période circadienne endogène du corps, ce qui permet aux chercheurs d'évaluer les effets de la phase circadienne (c'est-à-dire la timing du cycle circadien) sur les aspects du sommeil et de l'éveil, y compris la latence du sommeil et d'autres fonctions - à la fois physiologiques, comportementales et cognitives.

Des études montrent également que Cyclosa turbinata est unique dans le sens où son activité locomotrice et de construction de sites Web lui confère une horloge circadienne exceptionnellement courte, environ 19 heures. Lorsque les araignées C. turbinata sont placées dans des chambres avec des périodes de 19, 24 ou 29 heures de lumière et d'obscurité uniformément réparties, aucune des araignées n'a présenté une longévité réduite dans sa propre horloge circadienne. Ces résultats suggèrent que C. turbinata n'a pas les mêmes coûts de désynchronisation extrême que d'autres espèces animales.

Santé humaine

L'avant-garde de la recherche en biologie circadienne est la traduction des mécanismes de base de l'horloge biologique en outils cliniques, ce qui est particulièrement pertinent pour le traitement des maladies cardiovasculaires. Le timing du traitement médical en coordination avec l'horloge biologique, les chronothérapies, peuvent également bénéficier aux patients souffrant d'hypertension (pression artérielle élevée) en augmentant considérablement l'efficacité et en réduire la toxicité des médicaments ou les effets indésirables. em>.

Il a été démontré expérimentalement sur des modèles de rongeurs que la "pharmacologie circadienne" ou des médicaments ciblant le mécanisme de l'horloge circadienne réduisaient considérablement les dommages dus aux crises cardiaques et prévenaient l'insuffisance cardiaque. Il est important de noter que pour traduire de manière rationnelle les thérapies de la médecine circadienne les plus prometteuses dans la pratique clinique, il est impératif de comprendre comment elles aident à traiter les maladies chez les deux sexes biologiques.

Causes de perturbation des rythmes circadiens

Éclairage intérieur

Les exigences d'éclairage pour la régulation circadienne ne sont pas simplement les mêmes que celles pour la vision ; la planification de l'éclairage intérieur des bureaux et des institutions commence à en tenir compte. Les études animales sur les effets de la lumière dans des conditions de laboratoire ont jusqu'à récemment pris en compte l'intensité lumineuse (irradiance) mais pas la couleur, qui peut être démontrée comme « agissant comme un régulateur essentiel du timing biologique dans des contextes plus naturels ».

L'éclairage LED bleu supprime la production de mélatonine cinq fois plus que la lumière jaune-orange au sodium haute pression (HPS) ; une lampe aux halogénures métalliques, qui est une lumière blanche, supprime la mélatonine à un taux plus de trois fois supérieur à celui du HPS. Les symptômes de dépression dus à une exposition prolongée à la lumière nocturne peuvent être annulés en revenant à un cycle normal.

Pilotes de ligne et personnel de cabine

En raison de la nature professionnelle des pilotes de ligne, qui traversent souvent plusieurs fuseaux horaires et régions ensoleillées et sombres en une seule journée et passent de nombreuses heures éveillées, jour et nuit, ils sont souvent incapables de maintenir des habitudes de sommeil qui correspondent au rythme circadien naturel de l'humain ; cette situation peut facilement conduire à la fatigue. Le NTSB considère que cela contribue à de nombreux accidents et a mené plusieurs études de recherche afin de trouver des méthodes pour lutter contre la fatigue chez les pilotes.

Effet des médicaments

Des études menées sur des animaux et des humains montrent des relations bidirectionnelles majeures entre le système circadien et les drogues abusives. Il est indiqué que ces drogues abusives affectent le stimulateur cardiaque circadien central. Les personnes souffrant de troubles liés à l’usage de substances présentent des rythmes perturbés. Ces rythmes perturbés peuvent augmenter le risque de toxicomanie et de rechute. Il est possible que des perturbations génétiques et/ou environnementales du cycle normal de sommeil et d'éveil puissent augmenter la susceptibilité à la dépendance.

Il est difficile de déterminer si une perturbation du rythme circadien est responsable de l'augmentation de la prévalence de la toxicomanie ou si d'autres facteurs environnementaux tels que le stress sont à l'origine de l'augmentation de la prévalence de la toxicomanie. Des modifications du rythme circadien et du sommeil se produisent lorsqu'un individu commence à abuser de drogues et d'alcool. Une fois qu'un individu choisit de arrêter de consommer des drogues et de l'alcool, le rythme circadien continue d'être perturbé.

La stabilisation du sommeil et du rythme circadien pourrait éventuellement contribuer à réduire la vulnérabilité à la dépendance et à réduire les risques de rechute.

Les rythmes circadiens et les gènes de l'horloge exprimés dans les régions du cerveau en dehors du noyau suprachiasmatique peuvent influencer de manière significative les effets produits par des drogues telles que la cocaïne. De plus, les manipulations génétiques des gènes de l'horloge affectent profondément les actions de la cocaïne.

Conséquences d'une perturbation des rythmes circadiens

La perturbation des rythmes a généralement un effet négatif. De nombreux voyageurs ont souffert du décalage horaire, avec ses symptômes associés de fatigue, de désorientation et d'insomnie.

Un certain nombre d'autres troubles, tels que le trouble bipolaire et certains troubles du sommeil tels que le trouble de la phase de sommeil retardée (DSPD), sont associés à un fonctionnement irrégulier ou pathologique du rythme circadien. rythmes.

On pense que la perturbation des rythmes à long terme a des conséquences néfastes importantes sur la santé des organes périphériques en dehors du cerveau, en particulier dans le développement ou l'exacerbation de maladies cardiovasculaires.

Des études ont montré que le maintien d'un sommeil et de rythmes circadiens normaux est important pour de nombreux aspects du cerveau et de la santé. Un certain nombre d'études ont également indiqué qu'une sieste, une courte période de sommeil pendant la journée, peut réduire le stress et améliorer la productivité sans aucun effet mesurable sur les rythmes circadiens normaux. Les rythmes circadiens jouent également un rôle dans le système d'activation réticulaire, crucial pour maintenir un état de conscience. Une inversion du cycle veille-sommeil peut être un signe ou une complication d'une urémie, d'une azotémie ou d'une lésion rénale aiguë. Des études ont également permis d'élucider comment la lumière a un effet direct sur la santé humaine grâce à son influence sur la biologie circadienne.

Relation avec les maladies cardiovasculaires

L'une des premières études visant à déterminer comment la perturbation des rythmes circadiens provoque des maladies cardiovasculaires a été réalisée chez les hamsters Tau, qui présentent un défaut génétique dans leur mécanisme d'horloge circadien. Lorsqu'ils étaient maintenus dans un cycle lumière-obscurité de 24 heures qui était « désynchronisé » avec leur mécanisme circadien normal, ils ont développé une maladie cardiovasculaire et rénale profonde ; cependant, lorsque les animaux Tau ont été élevés pendant toute leur vie selon un cycle jour-obscurité de 22 heures, ils avaient un système cardiovasculaire sain.

Les effets néfastes du désalignement circadien sur la physiologie humaine ont été étudiés en laboratoire à l'aide d'un protocole de désalignement et en étudiant les travailleurs postés. Le désalignement circadien est associé à de nombreux facteurs de risque de maladies cardiovasculaires. Des niveaux élevés de biomarqueur de l'athérosclérose, la résistine, ont été rapportés chez les travailleurs postés, indiquant le lien entre le désalignement circadien et l'accumulation de plaque dans les artères. De plus, des niveaux élevés de triacylglycérides (molécules utilisées pour stocker les acides gras en excès) ont été observés et contribuent au durcissement des artères, associé aux maladies cardiovasculaires, notamment les crises cardiaques, les accidents vasculaires cérébraux et les maladies cardiaques. Le travail posté et le désalignement circadien qui en résulte sont également associés à l'hypertension.

Obésité et diabète

L'obésité et le diabète sont associés à des facteurs génétiques et liés au mode de vie. Parmi ces facteurs, la perturbation de l'horloge circadienne et/ou le désalignement du système de synchronisation circadien avec l'environnement externe (par exemple, le cycle lumière-obscurité) peuvent jouer un rôle dans la développement de troubles métaboliques.

Le travail posté ou le décalage horaire chronique ont de profondes conséquences sur les événements circadiens et métaboliques du corps. Les animaux obligés de manger pendant leur période de repos présentent une masse corporelle accrue et une expression altérée de l’horloge et des gènes métaboliques. Chez l'homme, le travail posté qui favorise des horaires de repas irréguliers est associé à une altération de la sensibilité à l'insuline, au diabète et à une masse corporelle plus élevée.

Cancer

Le désalignement circadien a également été associé à un risque accru de cancer. Chez la souris, il a été constaté que la perturbation des gènes essentiels de l'horloge, les gènes Période (Per2, Per1), provoquée par un désalignement circadien, accélère la croissance des cellules cancéreuses chez la souris.

Cependant, le lien entre ces gènes et le cancer dépend des voies de type et des gènes impliqués. Il existe des preuves significatives qui établissent une corrélation entre le travail posté et donc le désalignement circadien et le cancer du sein et de la prostate chez l'homme.

Effets cognitifs

Une fonction cognitive réduite a été associée à un désalignement circadien. Les travailleurs postés chroniques présentent des taux accrus d'erreurs opérationnelles, des performances visuo-motrices et une efficacité de traitement altérées, ce qui peut entraîner à la fois une réduction des performances et des problèmes de sécurité potentiels. Un risque accru de démence est associé aux travailleurs de nuit chroniques par rapport aux travailleurs de jour, en particulier chez les personnes de plus de 50 ans.