Comment fonctionnent les rythmes biologiques endogènes

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

L'article est consacré au travail des rythmes circadiens - rythmes biologiques endogènes d'une durée d'environ 24 heures, caractéristiques de la plupart des organismes, y compris l'homme. Il s'agit d'un aperçu des dernières recherches scientifiques, et non d'une collection de conseils utiles, même si l'article parle d'un changement potentiel de mode de vie. Cette revue n'est pas exhaustive; nous continuerons de la mettre à jour au fur et à mesure que de nouvelles études de recherche émergent.

La chose principale:

→ Des rythmes circadiens cohérents et sains peuvent aider à améliorer la santé globale ainsi qu'à prévenir efficacement les maladies chroniques.

→ N'oubliez pas de dormir: l'alimentation, l'exercice et d'autres facteurs affectent le fonctionnement des rythmes circadiens.

→ Étudiez les particularités du travail des rythmes circadiens, déterminez votre « chronotype », puis appliquez les connaissances acquises aux recommandations méthodologiques indiquées dans la recherche scientifique.

Avant d'intégrer l'un des conseils de cet article dans votre routine quotidienne, consultez votre professionnel de la santé.

Avant de lire l'article: un petit glossaire

1. Circadien: cycle naturellement récurrent d'une durée d'environ 24 heures, quelle que soit la durée du jour; du latin circa ("o") et diem ("jour").
2. Capteur de rythme: un signal environnemental, tel qu'un changement de lumière ou de température; de l'allemand zeit ("temps") et geber ("donneur").
3. Endogène: processus pathologique dans le corps causé par des facteurs internes et non par des influences externes (cause fondamentale).
4. Ajustement du rythme circadien: se produit lorsque des tâches rythmiques, physiologiques ou comportementales correspondent à des changements dans l'environnement; interaction des rythmes circadiens avec l'environnement.
5. Quotidien: tous les jours; du latin dies (jour) et et diurnus (quotidien).
6. Master Clock: Une paire de populations cellulaires trouvées dans l'hypothalamus, également connu sous le nom de noyau suprachiasmatique (SCN); Ces cellules contiennent des gènes qui contrôlent les rythmes circadiens.
7. Gène mutant: modification permanente de la séquence d'ADN; utilisé par les chronobiologistes pour reconnaître le mécanisme des gènes de l'horloge en identifiant un gène mutant chez les animaux atteints du syndrome circadien arythmique.

Imaginez une plante essayant de faire de la photosynthèse la nuit: un court drame dans le noir. « Les plantes font face à la vie et à la mort », déclare sombrement Sally Yu, professeure adjointe de biochimie et de biologie cellulaire à l'Université du Texas au Houston Health Sciences Center (UTHealth). "S'ils ne suivent pas les rythmes circadiens, ils mourront." Mais pour une personne, les prévisions ne seront pas si sombres. "Même si vous supprimez le gène de l'horloge (un gène important qui régule le travail des rythmes circadiens), vous ne mourrez pas tout de suite", explique Yu. "Mais vous souffrirez." Problèmes probables ? Des problèmes psychologiques persistants et, entre autres, un risque accru de maladies chroniques. La vie est dure quand tout est désynchronisé.

Le collègue de Yu, Jake Chen, professeur adjoint dans le même département, dit différemment: « Nous disons souvent que tout doit être fait dans les délais. Mais c'est une exagération. Mais l'expression "tout a son heure" ne l'est pas. Et cela est directement lié au corps humain. Dans chaque cellule, tissu ou organe, des processus physiologiques se produisent à un moment précis. L'horloge biologique est une sorte de minuterie - un mécanisme par lequel nous pouvons nous assurer que tout fonctionne correctement. C'est une fonction fondamentale.

Chen et Yu étudient les rythmes circadiens - les rythmes biologiques du corps avec une période d'environ 24 heures, qui sont suivis chaque jour par tous les êtres vivants de notre planète. Les rythmes circadiens ou rythmes circadiens sont directement liés aux millions d'années de développement de la vie sur notre planète. C'est un produit de l'interaction de l'horloge biologique interne du corps et de l'environnement - non seulement la lumière du soleil, mais de nombreux autres facteurs déterminent le comportement, régulent les niveaux d'hormones, le sommeil, la température corporelle et le métabolisme.

La soi-disant " horloge maîtresse " ou noyau suprachiasmatique (SCN), l'horloge maîtresse qui contrôle les rythmes circadiens, est une paire de populations cellulaires remplies de gènes (y compris Clock, Npas2, Bmal, Per1, Per2, Per3, Cry1 et Cry2), situé dans l'hypothalamus. Au niveau moléculaire, des traces du gène de l'horloge se trouvent dans les reins, le foie, le pancréas et d'autres organes. Le SCN agit en tant que PDG en ordonnant au corps de respecter le calendrier et de traiter les signaux environnementaux. Howard Hughes Medical Institute.)

Comme nous le verrons plus loin, prêter attention aux rythmes circadiens améliore le fonctionnement quotidien (physiologique et psychologique) du corps et, in fine, affecte l'état de santé, tant à long terme qu'à court terme. Prendre soin des rythmes circadiens les maintient au travail tout en maintenant ce que Sally Yu appelle une « montre fiable ».

"Je ne peux pas dire avec certitude à quel point les rythmes circadiens sont importants dans la prévention des maladies chroniques, quel impact cela a sur la santé à long terme, si cela est bénéfique et affecte finalement l'espérance de vie."

Informations sur les experts:

Scientifique: Zheng "Jake" Chen

Formation: PhD, Columbia University, New York

Poste: Professeur adjoint au Département de biochimie et de biologie cellulaire du Centre des sciences de la santé de l'Université du Texas à Houston

Dernier article publié: La petite molécule Nobiletin cible l'oscillateur moléculaire pour améliorer les rythmes circadiens et protéger contre le syndrome métabolique.

Domaine de recherche: Sondes à petites molécules pour la chronobiologie et la médecine.

Scientifique: Seung Hee "Sally" Yoo

Formation: doctorat, Institut coréen des sciences et de la technologie

Poste: Professeur agrégé, Département de biochimie et de biologie cellulaire, Centre des sciences de la santé de l'Université du Texas à Houston

Dernier article publié: Period2 3'-UTR et microRNA-24 régulent les rythmes circadiens en réprimant l'accumulation de protéines PERIOD2. Egalement développement et potentiel thérapeutique des modulateurs de petites molécules des systèmes circadiens.

Domaine de recherche: Mécanismes cellulaires fondamentaux dans les rythmes circadiens et décryptage des rôles physiologiques et pathologiques de l'horloge.

HISTOIRE: PRINCIPALES ETAPES DU DEVELOPPEMENT BIOLOGIQUE DES RYTHMES CIRCADIQUES

La première chose à savoir sur l'étude des rythmes circadiens (les chronobiologistes le font) est que, à de rares exceptions près, tous les organismes suivent leurs rythmes circadiens. Des jonquilles aux moineaux, des zèbres aux humains, pratiquement tous les organismes vivants de la planète suivent le cycle solaire. En 1729, le scientifique français Jean-Jacques de Meran a enregistré la première observation de mouvements foliaires endogènes ou incrustés diurnes de la plante Mimosa pudica. Même dans l'obscurité totale, la plante a continué à suivre son rythme quotidien. Le scientifique a conclu que la plante repose non seulement sur des signaux externes ou un capteur de rythme, mais aussi sur sa propre horloge biologique interne.

La chronobiologie a prospéré deux cents ans plus tard, au milieu du 20e siècle. Affecté par la contribution de plusieurs scientifiques, en particulier Colin Pittendry, "le père de l'horloge biologique". Pittendry a étudié les mouches des fruits ou la drosophile et a mis en lumière la façon dont les rythmes circadiens interagissent ou se synchronisent avec le cycle du jour et de la nuit. Jurgen Aschoff, un ami de Pittendry, a également étudié l'interaction avec le cycle du jour et de la nuit, mais les scientifiques sont parvenus à des conclusions différentes sur la façon dont l'interaction se produit (paramétrique et non paramétrique, vous pouvez en savoir plus ici et ici). John Woodland Hastings et ses collègues ont fait des découvertes fondamentales sur le rôle de la lumière dans les rythmes circadiens en étudiant les dinoflagellés bioluminescents (algues, une espèce de plancton). Le botaniste Erwin Bunnig a également contribué à la recherche fondamentale sur la modélisation des interactions, décrivant la relation entre les organismes et les cycles de coupure.

L'étape suivante des découvertes en chronobiologie a relié les mécanismes moléculaires et génétiques spécifiques du travail des rythmes circadiens. Cela découle des travaux de Ron Konopka et Seymour Benzer, qui, au début des années 1970, ont cherché à identifier des gènes spécifiques contrôlant les rythmes circadiens des mouches des fruits. Konopka et Benzer sont crédités de la découverte d'un gène muté, qu'ils ont appelé une période qui perturbe l'horloge circadienne des mouches des fruits. C'est ainsi qu'a été découvert le déterminant génétique des rythmes comportementaux. Jeffrey S. Hall, Michael Rosbash et Michael W. Young ont complété avec succès les travaux de Konopka et Benzer en montrant le travail du gène de période au niveau moléculaire. Hall, Rosbash et Young ont reçu le prix Nobel de physiologie ou médecine en 2017. Ils ont isolé le gène de la période et ont ensuite montré comment le système d'horloge quotidienne fonctionne au niveau moléculaire.

Alors qu'ils menaient des recherches sur les mouches des fruits et les souris en 1994, Joseph Takahashi et son équipe ont découvert des gènes d'horloge chez les mammifères et les ont appelés horloges, les décrivant comme "une caractéristique évolutive conservée du mécanisme de l'horloge circadienne". La découverte du gène de l'horloge, ainsi que les travaux de Hall, Rosbash, Young et du scientifique Michael Greenberg, ont marqué un tournant dans la chronobiologie. En quelques années, des gènes ont été découverts qui assurent le travail des rythmes circadiens dans les organismes inférieurs.

La science progresse régulièrement et de nombreuses études sur les mouches des fruits et les souris ont démontré l'étonnante persistance des gènes d'horloge au sein des espèces, ce qui signifie qu'il existe des gènes similaires qui contrôlent les rythmes circadiens dans des organismes plus complexes, y compris les humains.

"Le lever et le coucher du soleil sont toujours les principaux facteurs affectant les rythmes circadiens, mais d'autres facteurs sont continuellement surveillés dans la recherche scientifique."

DERNIÈRES RECHERCHES: DÉTERMINER LE RLE DES RYTHMES CIRCADIUM DANS LA SANTÉ HUMAINE ET LES MALADIES

Il est important de noter que la biologie des rythmes circadiens est incroyablement complexe - il existe de nombreuses revues scientifiques dédiées à ce domaine de recherche. En conséquence, notre compréhension du rôle de l'horloge biologique dans la santé humaine est le résultat d'études épidémiologiques ainsi que d'études animales. Des études sur des organismes inférieurs aident à révéler le travail des mécanismes moléculaires et génétiques en action, après quoi on peut voir comment, par exemple, les troubles du sommeil entraînent un risque accru de diabète de type 2, d'obésité et d'un certain nombre de maladies cardiovasculaires.

En effet, l'un des domaines de recherche les plus prometteurs est le sommeil. Les scientifiques associent aujourd'hui le manque de sommeil et la perturbation subséquente des rythmes circadiens au développement de l'obésité et de la dépression, ainsi qu'à la plupart des maladies chroniques. Des recherches ont montré que le manque de sommeil peut entraîner des effets secondaires inattendus, comme une incapacité à reconnaître les visages.

La compréhension du fonctionnement des rythmes circadiens est également allée bien au-delà de l'interaction avec le cycle du jour et de la nuit. "Il existe des signaux sociaux, des signaux alimentaires et des signaux d'exercice - ils sont très divers", explique Y. Le lever et le coucher du soleil ont toujours une influence majeure sur les rythmes circadiens, mais d'autres facteurs sont à l'étude. De nombreux travaux ont montré que l'alimentation est un signal externe clé qui interagit avec l'horloge interne, y compris les travaux du Dr Satchidananda Panda pour limiter le calendrier alimentaire (comment le temps de manger affecte la santé).

En général, il est maintenant clair que les rythmes circadiens jouent un rôle systémique pour organiser le travail de tous les aspects physiologiques du corps humain, y compris le travail des organes vitaux, le métabolisme, l'immunité, les processus de pensée, etc. Les travaux du Dr Yu élargissent le domaine de recherche - elle collabore avec une étude spécialisée sur la douleur chronique pour étudier les rythmes de la douleur chez les patients. Aussi, des travaux sont en cours pour étudier le rôle du cycle de coupure dans les perturbations du travail des rythmes circadiens (effet du changement de fuseau horaire sur la croissance des cellules cancéreuses). Des recherches comme celle-ci nous fournissent de nouvelles informations importantes qui peuvent être utilisées pour modifier le mode de vie - savoir à quelle heure manger et se coucher en général est important pour la santé; et avec la maladie, les connaissances acquises peuvent être appliquées à la recherche de médicaments qui régulent le travail des rythmes circadiens. Les scientifiques ont encore beaucoup de recherches à faire dans presque tous les domaines liés à la santé et à la maladie.

PENSÉE DE BASE: POURQUOI EST-IL IMPORTANT DE CONNAÎTRE LES RYTHMES DE CIRCADE ?

La connaissance du fonctionnement des rythmes circadiens peut avoir des effets sur la santé à court et à long terme. « Les changements de mode de vie sont le meilleur cadeau que vous puissiez vous offrir », déclare Chen. « Si vous gérez votre style de vie, la technologie et la médecine peuvent devenir des facteurs secondaires tout au long de votre vie. » À court terme, des études animales et humaines montrent que les modes de vie qui soutiennent des rythmes circadiens sains peuvent favoriser la vigilance, la coordination motrice, la santé cardiovasculaire, la fonction immunitaire, la santé intestinale, la pensée et le sommeil. Il existe des preuves à l'appui d'une réduction à long terme du risque de maladie chronique.

"Les effets des changements de mode de vie peuvent ne pas être apparents avant plusieurs jours, mais avec le temps, les avantages seront énormes."

Alors, quel style de vie devez-vous mener pour vous synchroniser avec vos rythmes circadiens ? La première chose à faire est de faire attention à vos biorythmes. Les rythmes circadiens, bien que construits sur la même base, varient d'une personne à l'autre en raison de l'âge, des différences génétiques et environnementales. Les alouettes aiment mieux le matin. Les chouettes préfèrent la nuit. Vous devez faire attention aux tendances naturelles de votre corps (« chronotype ») afin d'appliquer avec succès les connaissances des dernières recherches scientifiques. N'oubliez pas non plus qu'il n'y a pas d'approche unique.

La seconde est de s'en tenir à un horaire cohérent et routinier tous les jours, sept jours par semaine. Le Dr Yu parle de « décalage horaire » (décalage horaire social) - lorsque les gens rompent leur emploi du temps avec des habitudes atypiques, comme manger et se coucher plus tard, se réveiller plus tard et faire de l'exercice différents jours de la semaine à différentes heures. Toutes ces actions peuvent entraîner les mêmes conséquences négatives que le changement de fuseau horaire. Plus vous suivez le régime de plus en plus régulièrement, mieux votre corps vous y aidera.

Troisièmement - en appliquant les connaissances acquises grâce à la recherche scientifique - les données sur la nutrition, le sommeil et l'exercice sont détaillées ci-dessous. Bon nombre des changements de mode de vie que la recherche a montrés impliquent des changements dans les habitudes alimentaires - par exemple, manger une mauvaise idée avant de se coucher. Il est lourd de conséquences négatives sur la santé. Mangez de petits repas tôt et tard dans la journée, ce qui est assez facile à essayer. Il en va de même pour le sommeil - vous devez suivre le régime et dormir au moins 7 à 8 heures. Au pire, vous vous sentirez reposé, et au mieux, vous améliorerez vos perspectives de vie saine.

L'essentiel: le sommeil, l'alimentation et le sport sont la base d'un mode de vie sain.

RÊVER

La chose la plus importante que vous puissiez faire est de maintenir un horaire de sommeil et de réveil cohérent et de dormir suffisamment - 7 à 9 heures de sommeil sont considérées comme normales pour un adulte. Les résultats de la recherche sur la privation de sommeil et les troubles du sommeil indiquent que la privation de sommeil et les troubles du sommeil affectent négativement l'humeur, la concentration et sont associés à des maladies chroniques. De plus, certains scientifiques pensent que l'inadéquation circadienne causée par le décalage horaire social pourrait être répandue dans la société occidentale et contribuer aux problèmes de santé.

Alors à quelle heure faut-il se coucher ? En règle générale, le corps commence à produire de la mélatonine à 21h00. C'est un signal - vous devez tout finir et vous reposer. La sécrétion de mélatonine se termine vers 7h30 du matin, et pendant la journée, la mélatonine n'est pratiquement pas présente dans l'organisme. Ajuster vos préférences personnelles en fonction de vos tendances naturelles est essentiel pour éviter les troubles du sommeil (comme se réveiller pendant le sommeil) et maintenir une santé optimale.

Et enfin, la lumière. Le cycle du jour et de la nuit n'est pas le seul facteur affectant le corps humain, car nous sommes constamment confrontés à l'éclairage artificiel, et pourtant il joue un rôle primordial. Obtenir suffisamment de lumière naturelle au début de la journée et éviter les éclairages non naturels (comme la lumière bleue d'un écran de smartphone) le soir aide à maintenir vos rythmes circadiens sains.

Points clés: Dormez suffisamment et assurez-vous que votre heure de sommeil et de réveil reste la même sept jours par semaine. Si vous manquez de sommeil, commencez immédiatement à rétablir votre régime, sinon vous risquez de compromettre votre santé à long terme.

NUTRITION

De manière générale, les recherches montrent qu'il est préférable de manger des aliments riches en calories le matin. Essayez d'avoir votre repas du soir bien avant de vous coucher et moins riche en calories. Si vous pouvez tout faire vers 18h00 ou 19h00 et donner à votre corps 12 à 14 heures de repos, vous constaterez des avantages pour la santé à court et à long terme.

En partie, le fait est que l'horloge interne de votre foie ne fonctionne pas la nuit. Le foie cesse de produire des enzymes pour convertir les calories en énergie; au lieu de cela, il produit des enzymes pour stocker de l'énergie. Si vous mangez beaucoup avant de vous coucher, votre foie est obligé de faire des heures supplémentaires et vous finissez par conserver plus d'énergie que vous n'en dépensez.

Une autre décision importante que vous pouvez prendre (en plus de manger sainement) est de planifier votre repas quotidien. Bien que les données soient encore limitées, les études animales et les travaux du Dr Panda suggèrent que « manger à durée limitée » est un changement de mode de vie facile et potentiellement bénéfique. La solution optimale dépend de votre objectif. Mais si l'objectif est d'améliorer votre santé globale, alors il vaut mieux commencer à 8-9 heures. Mais, en termes de conformité à long terme, il peut être conseillé de commencer à 10-12 heures.

Point clé: Mangez plus pendant la journée, pas avant de vous coucher. Pour améliorer votre santé, commencez à manger à 10-12 heures.

SPORT

Alors que certaines études montrent que les performances anaérobies culminent l'après-midi, il n'y a pas de consensus parmi les experts sur le lien entre les rythmes circadiens et l'exercice - à l'exception de la présence d'une horloge moléculaire dans le muscle squelettique.

Et, tout comme les effets de l'éclairage et des heures de repas, la synchronisation de l'exercice joue également un rôle important dans le maintien de rythmes circadiens sains.

L'essentiel: faire de l'exercice régulièrement, et laisser l'activité anaérobie pour l'après-midi.

CONCLUSION

La recherche sur le fonctionnement des rythmes circadiens est assez simple.« Votre horloge interne est conçue pour brûler de l'énergie pendant la journée et restaurer de l'énergie pendant la nuit », explique Y. Plus le timing est bon, moins l'horloge circadienne est usée. Bien que l'horloge interne soit stable, une interruption constante du régime peut entraîner des problèmes de santé à long terme.

"Quand nous sommes jeunes, le corps peut supporter beaucoup de choses", dit Yu. "Mais cela ne veut pas dire que tout va bien. C'est comme la consommation de carburant: vous dépensez trop d'énergie pour des activités arythmiques, ce qui entraînera des problèmes de fonctionnement des rythmes circadiens à l'avenir. »

Vous ne raccourcirez pas votre vie de cinq ans en mangeant tard, mais il y a des heures dédiées dans votre corps pour protéger votre santé et minimiser les perturbations de votre physiologie. Soyez gentil et attentionné envers vous-même et vous verrez le résultat.