Cours Chronobiologie et Hormones d`Arnaud Rabat

Transcription

Chronobiologie & Hormones
Chronobiologie
et
Hormones…
15 Novembre 2010
Arnaud Rabat, Chercheur à l’IRBA-Antenne Toulon
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Chronobiologie ???
????
Hormones ????
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Plan du cours :
I. La chronobiologie
II. Les hormones
III. Les relations hormones et rythmes :
4 exemples
IV. Les conséquences :
vieillissement & troubles métaboliques
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1. Constats-définitions
2. Les rythmes biologiques
3. La régulation des rythmes
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I.1. Constats-définitions
- Récits du sommeil d’une femelle orang-outang :
Ce récit étonnant (extrait des "Expériences hors du temps" de M. Siffre) montre la
stabilité du rythme veille-sommeil d'une femelle orang-outang, capturée à Java en
1896 et qui fait le voyage vers Hambourg en bateau à voile :
"Au début la guenon, qui habitait sur le pont, se réveillait au lever du soleil, à 6
heures, et se couchait à 18 heures environ. Au cours de ce voyage vers l'ouest, elle
gardait une durée de sommeil de 12 heures, avec un décalage de phase sur le temps
local. Si bien qu'au Cap de Bonne-Espérance, elle se réveillait à 2 heures du matin et
se couchait à 14 heures l'après-midi...
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- Récits du sommeil d’une femelle orang-outang :
“La guenon continuait à vivre, à se lever et à se coucher comme si elle était encore à
l'heure solaire de Java. Malheureusement, ces précieuses observations ont été
interrompues par la mort prématurée de l'orang-outang, qui avait vidé une bouteille de
rhum !”
De Java au Cap de Bonne Espérance, il y a six fuseaux horaires. En 3 ou 4 semaines
de traversée, l'organisme de la guenon avait compensé 2 des 6 heures de décalage
horaire. Elle vivait en fonction de son horloge interne, résistante aux rythmes du soleil,
encore réglée sur l'heure de l'île de Java.
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- Médecine, biologie et physiologie = dogme du 19ème siècle = milieu intérieur
(Homéostasie, Claude Bernard).
C’est une vision simplifiée
- Variations biologiques en fonction du temps.
Les rythmes internes qui animent les espèces vivantes animales et végétales
sont connus et étudiés depuis l'antiquité. Les anciens remarquaient les
différences entre espèces nocturnes et diurnes, et ils étudiaient les cycles de
reproduction, d'activité et de repos, de migration et d'hibernation de
nombreuses espèces animales.
Carl von Linné (suédois, 1707 -1778) est le créateur de la botanique moderne
et son idée d'horloge florale montre la finesse de ses observations
chronobiologiques.
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Chronos
=
Le temps
Chronobiologie = Études des rythmes biologiques
• 1ers laboratoires : dans les années 1920.
• 1ère société de chronobiologie : 1937 en Suède.
• Expériences « libre cours »
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Expériences hors du temps de Michel Siffre
• L’Expérience du 18 juillet au 14 septembre 1962
- Siffre à 23 ans et reste dans une grotte
par 130 m de fond pendant 2 mois avec
des conditions matérielles et sanitaires
terribles.
- Bilan = évaluation de 25 jours de
retard sur 58 au total.
D’après Crabbé, 2000, http://www.membres.lycos.fr/jmcmed/rythmes/
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• L’Expérience du 1 juin au 30 novembre 1966
- Expérience de 6 mois avec étude de
différents paramètres biologiques (EEG,
ECG, Performances psychomotrices,
T°, Pouls, Notion subjective du temps).
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• L’Expérience du 1 juin au 30 novembre 1966
• L’Expérience de 205 jours en 1972 au Texas
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D’après Dément, 1976
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Définition :
• Rythme biologique : Variation régulière et involontaire
d’une fonction physiologique, d’un métabolisme d’une
activité cellulaire ou tissulaire ou d’une fonction
neurophysiologique.
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I.2. Les rythmes biologiques
Caractéristiques : 4 paramètres
• Période
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• Amplitude
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• Acrophase
(Bathyphase)
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• Niveau Moyen
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• Période
• Amplitude
• Acrophase
(Bathyphase)
• Niveau Moyen
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Les différents rythmes biologiques :
selon le niveau biologique
• Cellules : Rythme de division des cellules hépatiques
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• Organes, tissus :
- Organes : Cycle d’alimentation et de repos digestif.
Révolution cardiaque et rythme respiratoire. Sécrétion acide
de l’estomac.
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• Organes, tissus :
- Tissus : Variation dans les sécrétions des lymphocytes.
Mouvement régulier des cils de l’épithélium intestinale.
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• Système :
- SNV : Péristaltisme intestinal.
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Sympathique
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Parasympathique
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Propagation électrotonique des OL
Intestin grêle
Propagation synchrone
des OL sur une section :
péristaltisme
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Colon
Propagation asynchrone
des OL sur une section :
mixage
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• Système :
- SNC : Rythmes de l’activité cérébrale, Alternance
veille-sommeil, Fluctuations de la vigilance, Motricité
avec la marche.
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• Individu : Croissance, Comportement
- Croissance :
- Comportement :
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Les différents rythmes biologiques : selon la période
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I.2.1. Les rythmes circanniens
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I.2.1. Les rythmes circanniens
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I.2.2. Les rythmes circatrigintidiens
• Le cycle menstruel chez la femme :
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I.2.2. Les rythmes circatrigintidiens
• Le cycle menstruel chez la femme :
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I.2.3. Les rythmes circadiens
• Principes d’analyses :
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Free running = libre cours
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• Quelques exemples :
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• Quelques exemples :
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• Rythme activité/repos
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• Rythme T°
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• Le rythme veille-sommeil
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• Le rythme de vigilance et de performance
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I.2.4. Les rythmes ultradiens
• Rythme ultradien : la GnRH
La GnRH contrôle la libération de FSH et LH. (Elle agit donc sur leurs propres
cycles de rétrocontrôle pour influer sur leurs concentrations). FSH et LH jouent un
rôle majeur dans la libération d'hormones sexuelles dans le sang. C'est en fonction
de cette concentration en hormones sexuelles qu'est libérée la GnRH.
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• Rythme ultradien : la révolution cardiaque
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• Rythme ultradien : le sommeil paradoxal
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• Rythme ultradien : le sommeil paradoxal
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• Rythme ultradien : la performance cognitive
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1. Constats-définitions
2. Les rythmes biologiques
3. La régulation des rythmes
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Hastings et coll., 2003
I.3. La régulation des rythmes
Les horloges biologiques :
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L’horloge centrale ?
Gilette 1986
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La synchronisation des horloges :
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La synchronisation des horloges :
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II. Les hormones
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II. Les hormones
1. Rappels
2. Les hormones rythmées
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II.1. Rappels
Mode d’action :
- Une hormone = messager du système endocrinien (une glande
endocrine, ou un tissu endocrinien) en réponse à une stimulation, et
capable d'agir à très faible dose.
- Hormone = messager avec action à distance (endocrine dans le sang ou
la lymphe ou exocrines dans l’urine, l'haleine ou les odeurs corporelles
par la transpiration)
- L'organe émetteur agit ainsi à distance sur l'ensemble des organes
cibles de l'organisme ou d'organismes voisins de la même espèce, voire
d'organismes symbiotes dont les récepteurs sont activés au contact des
hormones spécifiques (interactions durables).
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II.1. Rappels
Mode d’action :
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II.1. Rappels
Mode d’action :
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II.1. Rappels
Mode d’action :
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II.1. Rappels
Rôle :
- Les hormones = fonction de communication lente, continue
et diffuse
- Les hormones interviennent dans de nombreux processus,
dont la reproduction, la différenciation cellulaire,
l'homéostasie, ou encore la régulation des rythmes
chronobiologiques…
- Elle la fonction de régulation de l’activité d’1 ou plusieurs
organes ou organismes dont elles modifient le
comportement et les interactions
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II.1. Rappels
Rôle :
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II.1. Rappels
La régulation :
- La régulation de la sécrétion hormonale se fait par
l'intermédiaire de rétrocontrôle, dit « positif » en cas
d'augmentation de sécrétion de l'hormone, et « négatif » s'il
induit une diminution de la sécrétion hormonale.
- Cette régulation est également influencée par de
nombreux cycles hormonaux ou systèmes en cascade où la
concentration en une première hormone commande la
libération de la (ou des) suivante(s), ou au contraire
l'inhibition de leur sécrétion.
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II.1. Rappels
La régulation :
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II.2. Les hormones rythmées
La mélatonine : sa synthèse
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La mélatonine : sécrétion par la glande pinéale
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La mélatonine : l’hormone du sommeil
La mélatonine a une concentration dans le sang qui est
régulée par les variations de la lumière (alternances
jour/nuit): comme elle est produite pendant la nuit, sa
concentration circulante est plus élevée en hiver (nuits plus
longues) qu'en été. C'est elle qui est responsable des
variations saisonnières de la reproduction chez les petits
ruminants (ovins, caprins), les chevaux et de très
nombreuses espèces sauvages.
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La mélatonine : l’hormone du sommeil
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Les hormones du stress : les axes du stress
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Les hormones du stress : le cortisol
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Les hormones de la satiété / de la faim :
- La leptine
- La ghréline
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- La leptine
On sait depuis longtemps que l’hypothalamus, petite zone à la base du
cerveau, joue un rôle essentiel dans la régulation des prises alimentaires.
Il y coexiste un centre de la satiété et un centre de la faim. On sait depuis
encore plus longtemps que l’hérédité et la génétique jouent un rôle décisif
dans bon nombre d’obésités (mais pas dans toutes). Mais ce qu’on ne savait
pas, c’est comment relier les deux ordres de phénomènes.
À la fin de 1994, des chercheurs américains et français mettent en évidence
chez certaines souris obèses, la relation entre un gène, appelé (ob), et
l’adiposité desdites souris. Le gène (ob) code une protéine, la leptine. Cette
protéine est libérée par les adipocytes adultes et sert de signal au cerveau
en lui indiquant les dimensions des réserves de tissu adipeux.
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- La leptine
• Peptide de 167 acides-aminés, produit essentiellement par
les adipocytes.
• Récepteurs à la leptine : gène OB-R (1994). Famillle des
récepteurs aux cytokines (domaine intramembranaire
unique). Plusieurs isoformes : deux familles : domaine
intracellulaire plus ou moins long : chaîne courte ou chaîne
longue (surtout dans l'hypothalamus). Information transmise
au noyau par l'intermédiaire d'un système JAK/ST
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- La ghréline
• Peptide orexigène qui agit sur des neurones à neuropeptide Y
• Ligand endogène du growth hormone secretagogue receptor
(GHS-R) (estomac). Il provoque la libération GH après
administration IV.
immunoréactivité ghréline dans le noyau arqué hypothal.
ghréline chronique SNC augmente la prise alimentaire et poids
(+expression du neuropeptide Y et de l'AGRP) effet orexigène
indépendant GH, insuline, glucose, leptine
(Diabetes 2001 ; 50 : 2438-2443, Jun Kamegai)
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Leptinémie
des 24h
chez homme
et femme
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Ghrélinémie
de 24 H
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L’hormone de croissance :
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III. Les relations hormones et rythmes
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La mélatonine :
Pas d’influence du sommeil
=
rythme circadien pur (C+)
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La mélatonine :
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Le cortisol :
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Le cortisol :
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Le cortisol :
- Sécrétion de cortisol et sommeil lent profond :
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Le cortisol :
Rythme circadien avec
une influence négative du sommeil
=
C+/SWS-
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La GH :
- Sécrétion de GH et sommeil
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La GH :
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La GH :
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La GH :
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La GH :
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La GH :
Pas d’influence circadienne
Et influence du sommeil
=
SWS +
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La leptine, la ghréline :
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Bilan :
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Bilan :
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Bilan :
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IV. Les conséquences :
vieillissement & troubles métaboliques
1. Le vieillissement
2. Les troubles métaboliques
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IV.1. Le vieillissement
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26 ans
68 ans
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15 Novembre 2010
190/195
15 Novembre 2010
191/195
15 Novembre 2010
192/195
15 Novembre 2010
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IV.2. Les troubles du métabolisme
Spiegel et
coll., 2005
15 Novembre 2010
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Spiegel et
coll., 2005
15 Novembre 2010
195/195
Spiegel et coll., 2009
15 Novembre 2010
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15 Novembre 2010
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15 Novembre 2010
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15 Novembre 2010
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Merci pour votre attention
Des questions ?
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Cours Chronobiologie et Hormones d`Arnaud Rabat

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