Les premiers écrits sur les rythmes circadiens remontent à l’Antiquité avec le scribe Androsthènes qui décrivit le comportement nycthéméral des feuilles du tamarinier, celles-ci s’ouvraient le jour et se refermaient la nuit.
Au XVIème siècle le physiologiste et médecin italien Santorio constata une variation journalière du poids corporel. Il mit ainsi en évidence pour la première fois la présence d’un rythme circadien chez l’Homme (Levett & Agarwal, 1979).
3.3.1. Endogènes
En 1729, Ortous de Mairan découvre que le mimosa, même lorsqu’il est placé dans l’obscurité permanente, continue à ouvrir et fermer ses feuilles. Il montra ainsi que les rythmes circadiens sont endogènes puisqu’ils perdurent en l’absence d’indices environnementaux.
En 1832, Augustin de Candolle découvrit que les feuilles s’ouvraient une à deux heures plus tôt chaque jour et acquéraient par conséquent une périodicité de 22 à 23 heures. Il en conclut qu’il existe une tendance inhérente aux plantes à montrer un mouvement périodique. Il avait ainsi mis en évidence l’existence d’une période endogène en cours libre (“free running period”) proche, mais pas forcément égale, à la période du cycle jour/nuit.
Aschoff et Wever (1962) enfermèrent des volontaires dans une cave en absence d’indices environnementaux. Siffre (1964), lui, vécut seul dans une caverne souterraine pendant deux mois. Ces deux expériences ont révélé l’apparition spontanée d’une période en cours libre du cycle activité/repos d’environ 25 h, indiquant que les humains, comme les plantes et les animaux, possédaient un système circadien endogène (Gonze, s.d.).
Aujourd’hui, on considère par définition que les rythmes circadiens sont endogènes. Dans des conditions constantes, ils se déroulent librement avec une période qui dévie légèrement du cycle lumière-obscurité de 24h auxquels ils sont synchronisés naturellement (Schmidt, 2009).
3.3.2. Génétiquement déterminés
En 1935, Erwin Bunning démontre que la période en cours libre du rythme circadien des plantes et des insectes est héritée génétiquement, en croisant des parents de périodes endogènes différentes.
Depuis une dizaine d’années, plusieurs gènes impliqués dans l’horloge circadienne interne ont pu être caractérisés. Le premier organisme génétiquement modifié présentant un rythme circadien d’activité altéré est la mouche (Konopka & Benzer, 1971).
Les premiers gènes horloge (“clock genes”) ont été détectés chez la mouche (Drosophilia) et le champignon (Neurospora), leur étude a permis de mettre en évidence les régulations qui confèrent à ces gènes une expression circadienne. Par la suite, de nombreux “clock genes” ont été trouvés chez les cyanobactéries, les plantes (Arabidopsis) et les mammifères, y compris l’Homme (Gonze, s.d.).
Des travaux de Linkowski, 1999 sur des jumeaux suggèrent que certains composants du sommeil humain pourraient être génétiquement déterminés. Ils ont notamment trouvé un effet génétique fortement significatif concernant les stades 2 et 4 de sommeil ainsi qu’en sommeil delta. Selon les mêmes auteurs certains aspects de la rythmicité circadienne, notamment l’expression endogène de cortisol, semblent très similaires chez des jumeaux monozygotes mais pas chez des dizygotes, suggérant que dans la plupart des organismes, les facteurs génétiques contrôlent la génération des rythmes circadiens (Linkowski, 1993 ; in Schmidt, 2009).
3.3.3. Synchronisés
Les rythmes circadiens sont certes endogènes mais ils sont également resynchronisés en fonction de facteurs externes appelés Zeitgebers ou synchroniseurs. Les Zeitgebers sont des agents ou évènements environnementaux qui donnent des indices sur l’heure biologique. Chez l’humain, le synchroniseur le plus important est le cycle jour-nuit mais il en existe d’autres comme les obligations sociales (heure de coucher, heure du repas…).
La synchronisation peut être considérée comme un état dans lequel deux oscillateurs ou plus ont la même fréquence à cause de leurs influences mutuelles ou unilatérales.
Pour que la synchronisation s’effectue, elle nécessite un processus d’entraînement (adaptation du rythme biologique à un synchroniseur) qui consiste au couplage d’un rythme endogène à un cycle externe (ou zeitgeber), comme le cycle jour-nuit ou le cycle de température, avec le résultat que ces deux oscillations ont la même fréquence (Schmidt, 2009).
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