30 avr. 2016

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Qu'est-ce qui rythme notre sommeil ?

Nous avons tous une horloge interne en nous, comme la plupart ou la totalité des animaux ainsi que des plantes. C’est elle qui nous indique qu’il est l’heure de dormir mais plus généralement, c’est elle qui gère tous les processus biologiques de notre corps qui oscillent sur 24 h (comme la production de cortisol(1), la température corporelle etc.).

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Les grandes lignes du cycle circadien
Auteur de l’image : Lamiot (wikimedia commons)



  • Cycle circadien : Kézaco ?
L’horloge biologie est rythmée par le cycle circadien qui vient du latin circa, « autour», et dies, « jour », et signifie littéralement : cycle qui dure « environ un jour ».
Il est important de préciser ce “environ”, car en vérité, un cycle circadien dure plus ou moins 24h selon les espèces. Du coup, pour ne pas se retrouver complètement décalé par rapport au soleil, notre organisme récupère son avance ou son retard grâce à l’alternance jour/nuit. Un peu comme si on remettait notre montre à son heure exacte toutes les nuits.

Les variations circadiennes s’observent pour de nombreux paramètres physiologiques comme la production de mélatonine, de vasopressine(2) ou plus étonnant, la température corporelle, pour citer ceux qui nous intéressent le plus dans l’étude du sommeil.

Si on mesure la température de notre corps à toute heure de la journée, on s'apercevra qu’elle ne reste pas à 37°C. Pour un individu en bonne santé, la température corporelle va former des pics durant la journée qui seront associés à des périodes de grande vigilance. Au contraire, elle va baisser fortement durant la nuit. Une baisse de température apporte donc une baisse de vigilance, par conséquent, ce n’est pas le repas de midi le principal responsable du coup de fatigue à 15 heures.
À ce moment, on comprend pourquoi il est important de dormir dans une chambre fraîche pour mieux dormir.
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Variation de la température et de la vigilance durant 24 h
Origine de l'image ici


  • Expériences humaines et variations de cycle
En 1962, Michel Siffre, spéléologue bien hardi, s’est enfermé dans une grotte sans variations de lumière ou de température durant 2 mois. Son seul contact avec le monde extérieur était un téléphone avec lequel il informait ses collègues de ses heures de coucher, de réveils et de repas. Il s’est avéré que malgré les conditions empêchant son corps de détecter le jour et la nuit, Michel Siffre a conservé un rythme précis de 24h30. Donc quasiment aucune variation avec la normale ! Cela est possible car l'horloge ne se régule pas qu'avec la lumière, comme nous allons le voir plus bas.
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L'expérience de 1962
Origine de l’image ici


  • Comment cela fonctionne chez l’homme ?
Comme on l’a dit, l’horloge biologique est cadencée par un rythme circadien qui a besoin d’être synchronisé chaque jour sous peine d’un décalage. Il y a plusieurs moyens pour cela.

La synchronisation avec l’alternance jour/nuit
La partie du cerveau qui se charge de cette fonction est le noyau suprachiasmatique. Ce sont deux petits groupes de neurones (≃ 20 000 neurones chacun) situés dans l’hypothalamus(3) en dessous du croisement des nerfs optiques (optic chiasm sur le schéma). En détectant les variations de luminosité, ils vont pouvoir donner le tempo de l’horloge biologique.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/80/Suprachiasmatic_Nucleus.jpg
 
Localisation du noyau suprachiasmatique
Auteur de l’image : 黄雨伞 (wikimedia commons)

Pour cela, l’assombrissement de l’environnement est détecté par l’oeil. Mais attention, ce ne sont ni les cônes(4) ni les bâtonnets(4) qui détectent ces rayons lumineux. En réalité, ce sont les cellules ganglionnaires(5) photosensibles qui vont percevoir la baisse de luminosité. Ce sont ces mêmes cellules qui permettent de signaler quand il faut rétracter ou ouvrir la pupille. Ces cellules collées sur la rétine, reçoivent les rayons lumineux et envoient un signal électrique via le nerf optique au noyau suprachiasmatique. En analysant le signal, le noyau suprachiasmatique peut savoir que la nuit approche. Il va à son tour, envoyer un signal qui emprunte un chemin plus long. Le signal va d’abord aller au niveau du noyau paraventriculaire(6), puis il va parcourir la moelle épinière jusqu’aux neurones sympathiques préganglionnaires(7). Là, il fait demi-tour vers le cerveau en passant par les ganglions cervicaux supérieurs(8) et enfin, il arrive à la glande pinéale(9). En recevant le signal, cette dernière peut envoyer l’hormone du sommeil : la mélatonine.

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Récapitulatif : de la lumière à la mélatonine
Origine de l'image ici

Cette hormone est sécrétée à partir de 18h environ, elle forme un pic de concentration vers 3-4 h et quand la luminosité revient le matin, la glande pinéale cesse de sécréter la mélatonine.
La baisse de lumière indiquant l’heure de dormir donc la nuit, on a bien une synchronisation de notre horloge interne avec l’alternance jour/nuit.
Mais quand on n’a pas de variation de lumière, comment notre horloge peut-elle se régler ?

➭ La synchronisation avec les autres indicateurs de temps
Heureusement qu’il n’y a pas que la lumière pour avoir un bon cycle circadien, l’expérience de M. Siffre en témoigne.
D’autres indicateurs de temps, comme l’heure à laquelle on mange, on se couche, la température et le bruit de l’environnement et même les interactions sociales, permettent aussi à l’horloge biologique de trouver des repères pour pouvoir se synchroniser.

Tous ces indicateurs, y compris la lumière, sont appelés des zeitgeber (en allemand, zeit = temps et geber = donneur, donc donneur de temps). Bien sûr, la lumière reste la plus importante des zeitgeber. Elle fait la majeure partie du boulot et quand on en est privé, le cycle a tendance à s’approcher de 25h, donc plus d’imprécisions. Si nos zeitgeber habituels sont modifiés, cela peut avoir des effets assez négatifs comme une perturbation de l’appétit, des émotions, du cycle veille/sommeil, des performances cognitives etc. C’est ce que l’on observe quand on vit un décalage horaire. Nous pouvons heureusement nous remettre dans le bon rythme avec plusieurs techniques.
Lexique :
(1) Cortisol : hormone sécrétée par notre cerveau qui permet, entre autre, d’aider à réguler le cycle circadien avec la mélatonine.


(2) Vasopressine : hormone sécrétée par le cerveau qui a un rôle anti-diurétique sur les reins. Autrement dit, elle limite la sécrétion urinaire. Quand elle est sécrétée la nuit, elle nous empêche d’être réveillé par l’envie d’aller aux toilettes.

(3) Hypothalamus : partie du cerveau dont la fonction la plus importante est de lier le système endocrinien (l’ensemble des organes de sécrétion comme le pancréas, les ovaires etc.) et le système nerveux (cerveau, moelle épinière etc.)
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4e/Illu_diencephalon.jpg
Localisation de l’hypothalamus
(wikimedia commons)

(4) Cônes et bâtonnets : photorécepteurs fixés sur la rétine. Les cônes permettent la vision diurne et les bâtonnets la vision nocturne.
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 Anatomie de l’oeil





Auteurs de l’image : Talos, Jakov, Falcox (wikimedia commons)
   
(5) Cellules ganglionnaires : ce sont les cellules de l’oeil, positionnées sur la rétine, qui génèrent le signal nerveux dans le nerf optique. Elles détectent la quantité de lumière qui entre dans l’oeil.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/88/Retina.svg/800px-Retina.svg.png
Les différentes cellules de notre rétine
Auteur de l’image : Pancrat (wikimedia commons)

(6) Noyau paraventriculaire : partie de l’hypothalamus

(7) Neurones sympathiques préganglionnaires : type de neurone fixé sur la moelle épinière qui est lié à un neurone post-ganglionnaire. Le corps cellulaire de ce dernier est fixé dans le ganglion, dans notre cas les ganglions sympathiques.

 (8) Ganglions cervicaux supérieurs : ganglions (regroupement de neurones) situés dans le tronc sympathique derrière la mâchoire. Ce dernier est utile pour le fonctionnement des viscères, de la peau et des vaisseaux sanguins.
http://www.anatomie-humaine.com/IMG/gif/_S.97_Sympathique_cervical.gif
Origine de l’image ici

(9) Glande pinéale : glande située dans l’épithalamus qui sécrète la mélatonine. Plus de détail sur son fonctionnement dans l’article qui lui est consacré.
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6b/Illu_pituitary_pineal_glands.jpg 
Localisation de la glande pinéale
(wikimedia commons)


Sources :
Hors série science et vie n°266 « La nuit comme vous ne l'avez jamais vue »
Sciences et vie N°262, mars 2013 : “Les mystères du sommeil”.
Site internet : le cerveau à tous les niveaux, catégorie “Dormir, rêver…” 
https://en.wikipedia.org/wiki/Zeitgeber
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Comment est structuré notre sommeil ?

Notre sommeil est découpé en 5 étapes distinctes qui vont se succéder 4 à 6 fois, c’est ce que l’on appelle les cycles du sommeil qui durent environ 1 h 30.

Les phases

  • Phases 1 à 4 - Le sommeil lent
  1. L’endormissement, stade 1

Avant de sombrer dans le sommeil, il faut passer par la case endormissement. Plusieurs sensations nous signalent qu’il est temps d’aller se coucher comme les bâillements, la sensation de froid etc. Un électroencéphalogramme nous permet de voir que plus on va être dans un sommeil profond, plus les ondes du cerveau seront amples (basse fréquence). La durée normale de l’endormissement est inférieure à 20 minutes.

Effets sur le corps :
  • Picotement des yeux
  • Bâillement
  • Impression de froid
  • Baisse de la vigilance
  • Baisse de la fréquence cardiaque
  • Myoclonie d'endormissement (sursaut d'un membre, inférieur souvent, ou bien de tout le corps parfois accompagnée d’hallucination→ secousse hypnique)

Effets sur le cerveau :
  • Ondes(1) bêta, quand on est éveillé et alerte
  • Ondes alpha, quand on a les yeux clos, on est éveillé mais détendu
Ondes bêta (fréquence entre 12 et 30 Hz)
Auteur de l’image originale : Hugo Gamboa (wikimedia commons)
 
Ondes alpha (fréquence entre 8 et 13 Hz)
Auteur de l’image originale : Hugo Gamboa (wikimedia commons)


  1. Le sommeil lent léger, stade 2

On commence à dormir à ce stade, mais on peut être réveillé par le moindre bruit. Ici, la majorité des dormeurs pensent encore être réveillés alors qu'il ont commencé à somnoler.

Effets sur le cerveau :
  • Ondes thêta
  • Apparition régulière de fuseaux du sommeil (ou sleep spindle en anglais). Ce sont des ondes de 1 à 2 secondes très actives produites par des interactions entre le thalamus(2) et le cortex(3). Elles ont pour but de nous isoler des stimuli extérieurs comme le bruit ou la lumière.
  • Les complexes K correspondent à nos micros réveils en réponse aux stimuli extérieurs.
Ondes thêta (fréquence entre 3,5 à 7,5 Hz)
Auteur de l’image originale : Hugo Gamboa (wikimedia commons)

Fuseaux du sommeil et complexe K (fréquence entre 12 et 14 Hz)
Auteur de l'image : Neocadre (wikimedia commons)


  1. Le sommeil lent profond, stade 3 et 4

L'activité cérébrale diminue toujours de plus en plus. Et plus elle diminue, moins nous pouvons être réveillés. Au stade 3, seul un bruit fort ou un bruit essentiel peut nous réveiller comme les cris d’un bébé. Le stade 4 est le moment le plus difficile pour réveiller un dormeur et aussi le moment le plus important en terme de récupération physique. C’est durant le sommeil profond que l’on peut être affecté par le somnambulisme.

Effets sur le corps :
  • Faible tonus musculaire
  • Pas de mouvements oculaires
  • Respiration ample et calme
  • Température du cerveau la plus basse
  • Rythme cardiaque et pression sanguine ralentis
  • Sécrétion des hormones de croissance, une perturbation de ce stade entraîne une croissance retardée chez les enfants.
  • Stimulation du système immunitaire

Effets sur le cerveau :
  • Ondes delta
  • Fuseaux de sommeil et complexes K plus rares


Ondes delta (fréquence inférieure à 3,5 Hz)
Auteur de l’image originale : Hugo Gamboa (wikimedia commons)



  • Phase 5 - Le sommeil paradoxal

Aussi appelé SP ou REM (rapid eye movements), c'est principalement durant cette phase que l’on va rêver. Nous sommes en atonie musculaire, c'est-à-dire qu'aucun de nos muscles ne bouge à l'exception du coeur, du diaphragme et des muscles oculaires. Sinon nous pourrions reproduire ce que nous vivons dans nos rêves. À ce moment, la respiration continue, mais elle est instable tout comme la pression artérielle et le pouls. On voit apparaître les mouvements oculaires rapides (REM).
Le cerveau est aussi actif qu'en sommeil léger, donc très proche de l'éveil.
On a donc des signes de sommeil profond et de sommeil léger, c’est pour cela que cette étape est nommée sommeil paradoxal.

Effets sur le corps :
  • Atonie musculaire
  • Respiration, pouls, coeur, pression artérielle irréguliers
  • Érection chez l’homme

Effets sur le cerveau :
  • Rêves
  • Ondes rapides avec une haute fréquence comme durant l’éveil




L'enchaînement des phases

Une nuit de sommeil est composée de 4 à 6 cycles qui alternent les phases sommeil lent et sommeil paradoxal. Un cycle dure 1 h 30 environ.
Au début de la nuit, on commence avec une phase de somnolence (stade 1) qui n'apparaît presque plus ensuite. On aura aussi des cycles riches en sommeil profond (stade 3 et 4).
Plus on va avancer dans la nuit, plus on va trouver de phases paradoxales (stade 5) qui vont remplacer les phases de sommeil lent profond.
À la fin, le sommeil profond a disparu et on observe une alternance entre sommeil léger (stade 2) et paradoxal.
On s’en rend rarement compte, mais on peut avoir des micros réveils durant la nuit. Souvent, ils sont suivis d’une nouvelle phase d’endormissement (stade 1) très rapide.

Hypnogramme récapitulatif,
pour une personne en bonne santé dormant 7 à 8 heures.
(activité du cerveau en fonction du temps)
Auteur : Emilie Chevrier
Image libre d’être modifiée et partagée

À noter que chacun possède un rythme de sommeil bien personnel qui dépend de son style de vie (travail de jour ou de nuit, sommeil polyphasique), de son état de santé (maladies et troubles du sommeil), de sa quantité de sommeil nécessaire (gros et petits dormeurs) et de son âge.
En effet, un adulte moyen dort 7 à 8 heures par nuit. Les gros dormeurs (10% de la population) dorment 9 à 10 heures et les petits (5% de la population) dorment 5 à 6 heures.
Pour tous, le temps de sommeil profond est de environ 100 minutes. En fait, les gros dormeurs auront plus de sommeil léger et paradoxal et les petits dormeurs une nuit riche en sommeil profond.
Les personnes âgées dormiront moins longtemps, auront plus de micros réveils mais auront besoin d’autant de sommeil que de jeunes adultes (8 à 9 heures).
Pour être au meilleur de ses capacités, il faut essayer de respecter au maximum son cycle biologique, c’est-à-dire se coucher et se réveiller aux même heures. Dès que les signaux de fatigue sont présents (bâillements, picotements des yeux etc.), il faut aller se coucher car ils sont le signe d’un début de phase d’endormissement. Si on ne se couche pas, il faudra attendre une heure et demie plus tard pour que l’envie de dormir revienne.



Lexique : 
 (1) Onde : Le rythme cérébral est caractérisé par des oscillations électromagnétiques, mesurables avec un électroencéphalogramme ou EGG. Les ondes cérébrales témoignent de l’interaction entre les neurones, donc de l'activité du cerveau.

(2) Thalamus : Gros noyau gris, pair, situé à la base du cerveau, jouant un rôle dans la transmission des messages sensitifs au cortex. (Larousse)

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8c/Cortical_surface_with_an_overlay_of_the_basal_ganglia_and_thalamus.jpg/640px-Cortical_surface_with_an_overlay_of_the_basal_ganglia_and_thalamus.jpg
Localisation du thalamus
Auteur de l’image : Colder B (wikimedia commons)

(3) Cortex : Partie périphérique des hémisphères cérébraux, siège des fonctions nerveuses les plus élaborées telles que le mouvement volontaire et la conscience.

Sources
Sciences et vie N°262, mars 2013 : “Les mystères du sommeil”.

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