Une des caractéristiques du vivant est de manifester une activité de ses différentes fonctions variable avec le temps. Cette activité est connue sous le nom de "chronobiologie" résulte de la combinaison de différentes fluctuations elles-mêmes réglées sur des processus écologiques principalement marqués par la succession de lumière et d'obscurité.
Différents équipements biologiques assurant l'interface avec l'environnement et la sensibilité de l'organisme influencent ces fonctions. Ainsi chaque organisme vivant en surface de la terre ou en faible profondeur (terrestre, maritime, lacustre) présente-t-il des rythmes circadiens, circamensuels ou circannuels, qui se synchronisent avec l'oscillation de la lumière baignant notre planète en multiples rotations par rapport au soleil et exposée à sa lumière indirecte renvoyée par la lune. Il en est ainsi des plantes avec la photosensibilité assurant la photosynthèse, la pousse et la croissance, l'éclosion des fleurs et leur orientation, etc. Pour les animaux, c'est le cas des activités de territorialité ou de migration, de vie sociale, de sexualité et de reproduction, de veille et de sommeil, d'activité motrice et de vigilance, d'alimentation et de prise de boisson, d'aptitudes affectives et cognitives, etc.
L'homme, comme tout animal mammifère, n'échappe pas à ces règles qui ont traversé l'évolution et contraignent donc ses fonctions comme ses activités individuelles, sociales ou culturelles. Un des principaux problèmes rencontrés par les hommes ainsi réglés est celui des dessins chromisations entre les rythmes personnels et des oscillations lumineuses écologiques.
Tel est le cas des voyages transatlantiques avec le "jet lag" mais également de certains troubles physiologiques, physiques ou psychologiques, qui semblent partiellement sensibles à la lumière : insomnies, troubles de l'humeur, mélancolie, etc. Ainsi, au-delà de la perception, la sensibilité visuelle à l'éclairement grâce aux photorécepteurs rétiniens entraîne dès activations sous corticales, telles que le noyau supra chiasmatique (NSC) et l'épiphyse, en relation temporelle avec les principaux rythmes biologiques.
La physiologie de la photo-synchronisation (nonimage-forming ou NIF) n'est pas bien connue néanmoins, le développement de thérapeutiques par exposition à une lumière artificielle pour la resynchronisation est devenu un réel challenge dans le traitement de certains troubles mentaux. De la même manière, on sait que le NSC qui gère la production de mélatonine et donc le déclenchement du sommeil, peut tolérer jusqu'à près d'une heure de décalage horaire en 24 heures. Cela entraîne donc une durée de resynchronisation d'au moins un jour par heure de décalage horaire dans le sens de l'allongement des rythmes (est-ouest) et un trouble labeur plus important dans sens contraire puisque la rythmicité du NSC peut s'allonger mais difficilement être raccourcie. Le nombre d'heures de décalage "biologique" doit donc être calculé en termes d'allongement selon le nombre de fuseaux concernés par le voyage est-ouest. Dans le cas du jet lag, le traitement consiste à prendre de la mélatonine selon des heures précises pour maintenir le rythme de départ dans le cas de voyage court avec retour immédiat, ou à forcer l'organisme à raccourcir ses cycles notamment dans le cas de voyages ouest-est.
Une récente étude publiée le 8 février 2016 dans le Journal of Clinical Investigation apporte de nouvelles données et permet d'envisager de meilleures performances du traitement par la lumière, ou luxothérapie. Cette étude a été menée par des chercheurs du Département de Psychiatrie et Sciences du Comportement et du Centre médical du sommeil de l'Université de Stanford (Californie, USA), et du Département de recherche de santé mentale du Centre des anciens combattants de Palo Alto (Californie, USA).
Elle a porté sur 39 sujets qui ont été exposés soit à une lumière continue, soit à des flashs de lumière de 2 millisecondes, avec différentes latences interstimulus. (De 2,5 à 240 secondes). Les chercheurs ont simultanément étudié les taux de mélatonine et les variations de vigilance et d'attention, et la somnolence des sujets. Les résultats montrent que le système circadien humain intègre des séquences de flashs de manière non linéaire avec une efficacité maximale pour une période spécifique (ISI = 7,6 ± 0,53 secondes). La séquence de flashs toutes les dix secondes permet d'ajuster l'horloge circadienne de deux heures en avance alors que l'exposition à une lumière continue ne permet de faire avancer l'horloge naturelle que de 35 minutes.
La lumière intermittente est donc plus efficace que la lumière continue pour induire des changements circadiens. Cette découverte pourrait être utilisée pour traiter le jet lag, mais également des personnes dont les rythmes circadiens ne sont pas alignés, avec des périodes de sommeil et de réveil décalées, ou des patients souffrant de désordre affectif saisonnier.
Une start-up spécialisée dans la biotechnologie a même été approchée pour mettre en place un masque capable de projeter les flashs lumineux nécessaires pendant la nuit de sommeil, en fonction soit du décalage, soit du trouble présenté. Les chercheurs estiment également que ce produit pourrait aider également les adolescents, pour les aider à dormir plus la nuit et donc à rester plus attentif pendant les périodes scolaires.
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