Accueil / Comptes rendus / Influence de différentes longueurs d’onde sur l’horloge biologique : intérêt et applications au cours du vieillissement par Dr François Duforez

Retour

Influence de différentes longueurs d’onde sur l’horloge biologique : intérêt et applications au cours du vieillissement par Dr François Duforez

Docteur François DUFOREZ

Centre du Sommeil et de la Vigilance. Centre de référence hypersomnies rares.

Hôtel-Dieu de Paris, APHP, Université Paris 5.

1 pl. du Parvis Notre Dame, 75181 PARIS CEDEX 04

European Sleep Center

9/11 avenue Franklin Roosevelt, PARIS 8^ème

L’influence de la lumière sur le monde vivant (végétal et animal) est observable concrètement au quotidien. Les variations saisonnières de la lumière ont, nous le savons, une influence sur nos comportements.

Mais bien que le rôle de la lumière sur notre humeur et sur un certain nombre de nos rythmes biologiques dont le sommeil soit évident, il n’est pas toujours facile d’utiliser la lumière naturelle du jour dans la vie quotidienne…

Parallèlement, les perturbations du sommeil chez les seniors sont fréquentes, notamment les troubles du rythme veille/sommeil. Les seniors représentent 20% de la population avec une espérance de vie qui s’allonge et les méthodes médicamenteuses ne sont pas dénuées d’effets secondaires en vieillissant

Pour ces seniors, réajuster l’horloge biologique grâce à la lumière est un conseil clé.

En effet, parmi ces troubles spécifiques du mécanisme du vieillissement, certains sont susceptibles d’être améliorées par la luminothérapie : ce sont les altérations du rythme circadien et de la sécrétion de mélatonine, et l’exposition insuffisante à la lumière avec des conséquences possibles sur la vigilance et sur l’humeur.

Avec l’âge, on observe d’abord une diminution de l’amplitude des rythmes circadiens veille - sommeil, de la température, du cortisol et de la mélatonine. L’acrophase de la température est avancée et il en est de même pour le sommeil qui subit une avance de phase assez nette avec coucher et lever plus tôt.

Il a été démontré une avance de phase de la courbe de température des sujets âgés sains isolés, en comparaison avec un groupe de sujets jeunes.

Par ailleurs quelle que soit la déviation de la courbe de température, il a souvent été montré que les sujets âgés avaient tendance à se lever plus près de l’heure minimale de la température que les sujets plus jeunes. On retrouve donc plus d’insomnies par réveil précoce chez les sujets âgés que dans le reste de la population.

Enfin, des études récentes tendraient à démontrer l’intérêt de la luminothérapie dans la maladie d’Alzheimer. L’emploi de la lumière à haute intensité diminuerait globalement les symptômes chez les personnes souffrant de troubles cognitifs et leur qualité de sommeil est meilleure.

La luminothérapie : bases scientifiques

Les expériences d’isolement temporel, comme celle du spéléologue Michel Siffre, ont permis de mettre en évidence l’organisation de rythmes biologiques organisés sur un rythme proche de 24 heures et appelés rythmes « circadiens ». Ces rythmes sont directement contrôlés par l’horloge biologique.

L'horloge biologique interne se situe dans l’hypothalamus du cerveau, au sein du noyau suprachiasmatique (NSC), structure d'environ 1 mm3.

Cette horloge dont l’activité rythmique a une période spontanément supérieure à 24 heures, nécessite donc une remise à l’heure journalière afin d’être correctement calée sur l’alternance du jour et de la nuit. Cette remise à l’heure se fait grâce aux synchroniseurs

Les synchroniseurs sont des signaux réguliers que nous adresse notre environnement.

La lumière ou plutôt le cycle lumière/obscurité est le signal rythmique extérieur le plus évident et surtout le plus puissant. Le rythme de l’activité sociale (tous les événements de la vie qui ont un caractère périodique au cours des 24 heures tels que le travail, les repas, les activités de loisir et de détente…) peut aussi avoir un effet synchroniseur.

Au cours du vieillissement, le fait de s’isoler de l’extérieur joue sur ces synchronisateurs, d’une part en se coupant de la lumière du jour, et d’un point de vue comportemental en s’isolant.

La synchronisation de l’horloge biologique est donc indispensable au bon fonctionnement de l’organisme.

Effets de l’intensité lumineuse et de sa durée

Plus la lumière est intense, et/ou plus la durée est longue, plus l’effet sur l’horloge est important (remise à l’heure). Il faut noter toutefois que la relation n’est pas linéaire et que le système présente une saturation de la réponse.

Concernant l’intensité lumineuse, on peut produire un retard de l’horloge d’environ 3 heures avec une durée d’exposition à une lumière blanche intense (1000 lux) pendant 6 heures. Les intensités lumineuses dépassant 1000 lux ne produisent pas d’effet supplémentaire notable. De ce fait, il faut garder à l’esprit que la course à l’intensité lumineuse ne sert à rien car, au delà d’un certain niveau, la réponse de l’horloge biologique est saturée et n’augmente plus.

Effet de l’heure :

En moyenne, la lumière à laquelle nous sommes exposés le soir et en début de nuit (entre 18h et 6h du matin) a pour effet de retarder notre horloge, alors que la lumière reçue en fin de nuit et le matin (entre 6h du matin et 18h) a l’effet inverse d’avancer l’horloge.

C'est en fin d'après midi (18h en moyenne) que l'horloge est la moins sensible à la lumière et c’est peu avant le coucher et peu après le lever qu’elle l’est le plus.

C'est l'effet de lumière que nous recevons tout au long des 24h qui nous permet, par le biais d’une remise à l'heure, de rester synchronisés à la journée de 24h, bien que la période interne de l’horloge soit légèrement différente de 24h (plus courte ou plus longue selon les individus).

Effets de la longueur d’onde lumineuse :

L’horloge biologique présente une sensibilité optimale pour les longueurs d'onde courtes (~460-480 nm), aussi bien chez l'Homme que chez l'animal. Une lumière monochromatique bleue (longueur d’onde de 480 nm) est aussi efficace qu’une lumière fluorescente blanche 100 fois plus intense (comportant 100 fois plus de photons).

Au total, l’horloge biologique ne peut être correctement synchronisée aux 24 h que si les niveaux lumineux reçus au cours de la journée sont suffisants en durée et en intensité et si l’exposition a lieu à des moments appropriés.

Principales indications de la luminothérapie dans les troubles du sommeil et de l’humeur au cours du vieillissement :

Troubles du sommeil accompagnant les dépressions saisonnières :

Le sommeil est habituellement de mauvaise qualité et s’accompagne d’une fatigue dans la journée avec une sensation d’hypersomnolence inefficace.

Les syndromes d’avance de phase

Ces syndromes reflètent une désynchronisation des rythmes circadiens dont le rythme du sommeil par rapport au rythme social.

L’avance de phaseest un décalage dans le sens inverse. Les sujets auront tendance à somnoler et à s’endormir très tôt dans la soirée et à se réveiller très précocement parfois au milieu de la nuit. Ils se considèrent parfois comme insomniaques alors que leur durée de sommeil est normale mais avancée dans le temps L’avance de phase est physiologique et très fréquente chez les personnes âgées.

Rythme différent des 24h (les mal-voyants)

Il est compréhensible que les mal-voyants ou les aveugles qui ne voient pas la lumière présentent un risque de désynchronisation de leurs rythmes circadiens puisque c’est la lumière qui permet la remise à l’heure quotidienne de l’horloge aux 24h. Certains aveugles ont même des rythmes en « libre-cours », c’est à dire complètement indépendants du rythme social. Par exemple, un individu possédant une horloge de période à 24h30, verra son cycle veille-sommeil se retarder tous les jours en moyenne de 30 minutes. Sur le plan clinique cela se traduit par des endormissements inappropriés au cours de la journée et des troubles du sommeil au cours de la nuit.

Plus de 40% des non voyants présentent des troubles du sommeil et de la vigilance .. Les aveugles restent cependant sensibles au message lumineux – et leur horloge peut rester synchronisée aux 24h - dès lors que leurs voies non-visuelles restent intactes.

Efficacité et réalité de la luminothérapie au niveau international

Le Comité international d’évaluation des chronothérapeutiques, récemment constitué par l’International Society for Affective Disorders (ISAD), a rendu en 2005 un rapport sur l’utilisation de la luminothérapie dans les troubles dépressifs saisonniers. Ce rapport repose sur l’analyse de l’ensemble des études cliniques effectuées depuis 1966 ayant utilisées la luminothérapie, incluant la méta-analyse Cochrane publiée en 2005.

Le comité conclut que la luminothérapie est efficace contre la dépression majeure – et pas seulement contre la dépression saisonnière mais également de la démence de la maladie d’Alzheimer

Y a-t-il des contre-indications à l’emploi de la lumière?

Sur le plan ophtalmologique, on conseille aux sujets présentant une pathologie oculaire évolutive (glaucome, dégénérescence rétinienne, conjonctivites, kératites…) de consulter leur médecin spécialiste sur l’innocuité d’une exposition à la lumière.

Il n’y a pas d’autres précautions médicales nécessaires si ce n’est de vérifier si la personne suit un traitement autre utilisant des molécules photosensibles. (dans ce cas demander à son médecin traitant)

La seule exception concerne les lampes de luminothérapie en lumière bleue exclusive ou enrichies en lumière bleue. Potentiellement plus efficace, ces longueurs d’onde correspondant à la couleur bleue seraient dommageables pour la rétine, accélérant le processus de Dégénérescence Maculaire Liée à l’Age (DMLA), première cause de cécité en France.

Leur utilisation nécessite, outre un examen ophtalmologique préalable, des conditions particulières d’éclairement et de temps d’exposition.

Il parait prudent, par principe de précaution, de les déconseiller pour les personnes âgées, le risque de DMLA augmentant avec l’âge

A retenir:

La luminothérapie est un traitement dont les bases physiologiques sont étayées par de très nombreux travaux scientifiques concordants.

La luminothérapie est utilisée en clinique depuis près de 30 ans aux Etats-unis et elle est maintenant remboursée par les HMO dans plusieurs pays (dont la Suisse et le Canada).

Dans le syndrome d’avance de phase et de dépression saisonnière si fréquentes chez les seniors, ce traitement apparaît aussi efficace et mieux toléré que les traitements antidépresseurs comparateurs.

En conclusion cette thérapeutique non médicamenteuse fait maintenant l’objet de programmes de prévention pour le « bien vieillir », proposée par des organismes mutualistes de prévoyance santé et de retraites à leurs adhérents, et rencontrant un grand succès.( Cas Réunica)

Références :

1) Aschoff J. Annuals rhythms in man. In Aschoff J. Handbook of behavioral neurobiology, 1981 : New York, Plenum Press p.475-487.

2) Ko CH, Takahashi JS. Molecular components of the mammalian circadian clock. Hum Mol Genet. 2006;15 Suppl 2:R271-7.

3) Zeitzer JM, Dijk DJ, Kronauer R, Brown E, Czeisler CA. Sensitivity of the human circadian pacemaker to nocturnal light: melatonin phase resetting and suppression. J Physiol. 2000;526:695-702.

4) Wever RA. Characteristics of circadian rhythms in human functions. J Neural Transm 1986;21sup:323-373.

5) Lewy AJ, Wehr TA, Goodwin FK, Newsome DA, Markey SP. Light suppresses melatonin secretion in humans. Science 1980;210:1267-1269.

6) Sadun AA, Schaechter JD, Smith LEH. A retinohypothalamic pathway in man : light mediation in circadian rhythms. Brain Res 1984;302:371-377.

7) Lockley SW, Brainard GC, Czeisler C.A. High sensitivity of the human circadian melatonin rhythm to resetting by short wavelength light. J Clin Endocrinol Metab. 2003; 88:4502-5.

8) Thapan K, Arendt J and Skene. DJ. An action spectrum for melatonin suppression: evidence for a novel non-rod, non-cone photoreceptor system in humans. J Physiol. 2001;535:261-7.

9) Brainard GC., Hanifin JP, Greeson JM, Byrne B, Glickman G, Gerner E, Rollag MD. Action spectrum for melatonin regulation in humans: evidence for a novel circadian photoreceptor. J Neurosci. 2001;21:6405-12.

- 17 -

10) Gronfier C, Wright KP, Jewett ME, Kronauer RE, Czeisler CA. Efficacy of a single sequence of intermittent bright light pulses for delaying circadian phase in humans Am J Physiol Endocrinol Metab 2004; 287:E174-E181.

11) Gronfier, C., Chiquet, C., Rieux, C., Hut, R. A., Claustrat, B., Brun, J., Denis, P. & Cooper, H. M. (2005) En préparation

12) Lucas RJ, Hattar S, Takao M, Berson DM, Foster RG, Yau KW. Diminished pupillary light reflex at high irradiances in melanopsin-knockout mice. Science. 2003 ;299(5604):245-7.

13) Hattar S, Liao HW, Takao M, Berson DM, Yau KW. Melanopsin-containing retinal ganglion cells: architecture, projections, and intrinsic photosensitivity. Science. 2002;295:1065-70.

14) Provencio I, Rollag MD, Castrucci AM. Photoreceptive net in the mammalian retina. This mesh of cells may explain how some blind mice can still tell day from night. Nature. 2002;415(6871):493.

15) Berson DM, Dunn FA, Takao M. Phototransduction by retinal ganglion cells that set the circadian clock. Science. 2002;295(5557):1070-3.

16) Sack RL, Lewy AJ, Blood ML, Stevenson J, Keith LD. Melatonin administration to blind people: phase advances and entrainment. J Biol Rhythms. 1991;6(3):249-61.

17) Lockley SW, Skene DJ, James K, Thapan K, Wright J, Arendt J. Melatonin administration can entrain the free-running circadian system of blind subjects. J Endocrinol. 2000;164(1):R1-6.

18) Leger D, Guilleminault C, Defrance R, Domont A, Paillard M. Blindness and sleep patterns. Lancet. 1996;348:830-1.

19) Leger D, Guilleminault C, Santos C, Paillard M. Sleep/wake cycles in the dark: sleep recorded by polysomnography in 26 totally blind subjects compared to controls. Clin Neurophysiol. 2002;113(10):1607-14.

- 18 -