Pourquoi le jetlag donne le cafard ?

Par Mathilde Rodrigues, Alexa Saliou, Tony Spinnhirny et Melody Wintrebert

Mots clés : Bionum, MEG
Etiquettes: chronotype, décalage horaire, Expérience hors du temps, glande pinéale, horloge biologique, jetlag, mélatonine, noyaux suprachiasmatiques, Rhyparobia maderae, rythme circadien, Sommeil

Comment expliquer les symptômes d’un homme en plein décalage horaire ? Son horloge biologique est déréglée ! Ses symptômes sont dus à une perturbation du cycle jour/nuit de son organisme. La Professeure Stein, experte en horloge biologique et elle-même victime du jetlag, va nous aider à mieux comprendre.

Tut tut tut… Le réveil sonne chez la Professeure Stein à Kassel en Allemagne. Comme tous les lundis matin, le réveil est difficile mais aujourd’hui c’est encore pire. Elle est sous le coup du décalage horaire après son retour de Montréal où elle était invitée pour donner une conférence. Et avec 6 heures de décalage horaire dans les pattes, la Professeure n’est pas au meilleur de sa forme : si hier soir elle avait du mal à s’endormir, ce matin elle n’arrive pas à se lever. Elle sait qu’elle va être fatiguée toute la journée, sans compter les migraines et autres symptômes du jetlag qu’elle va devoir supporter ces prochains jours.

Aujourd’hui, elle accueille un groupe d’étudiants pour une visite de son laboratoire. Et justement elle travaille sur l’horloge interne, responsable de son jetlag, elle pourra donc leur expliquer l’origine de son état.

“Désolée pour le retard ! Ne perdons pas plus de temps, démarrons. Mais avant d’entrer, deux consignes importantes : on n’écrase pas avec son pied un cafard qui se serait échappé, et on porte des gants pour les toucher !

Mon sujet de recherche porte sur l’horloge circadienne, du grec circa, qui veut dire environ, et diem, qui signifie un jour. Vous avez déjà entendu parler de cette notion ? C’est une horloge à l’intérieur de notre cerveau qui s’ajuste au rythme jour/nuit et régule la plupart de nos activités : c’est en partie à cause d’elle que vous avez faim à midi, ou que vous fatiguez le soir venu.

Et l’animal modèle que mon équipe et moi utilisons pour étudier l’horloge biologique est un insecte.

-La drosophile ? (pour les curieux)

-Cela aurait pu être la bonne réponse ! C’est effectivement l’insecte le plus étudié dans ce domaine, mais ici, vous allez voir des cafards.

Certains élèves affichent clairement leur dégoût en pensant à l’insecte.

“Il y a quelque chose que je ne comprends pas… Pourquoi est-ce que vous travaillez sur les cafards ? Ils sont tellement dégoûtants !

– Et bien Sarah, le cafard est assez grand donc facilement observable, bien plus que la drosophile qui ne fait que quelques millimètres de long. En plus de ça, il est réglé comme du papier à musique, donc c’est très facile de remarquer des changements dans son comportement, ce qui simplifie grandement notre vie de chercheur.

Mais avant de vous montrer les stars du labo, j’aimerais vous convaincre que nous possédons tous une horloge biologique[1], qui fonctionne correctement même sans la succession du jour et de la nuit. Avez-vous déjà entendu parler de Michel Siffre ? Jamais ? En 1962, cet homme a voulu tenter une expérience en se détachant complètement de son environnement : il a vécu dans une grotte sans lumière naturelle ni aucun autre repère temporel. On appelle cela une expérience hors du temps : sans interaction avec l’extérieur, exception faite d’une ligne téléphonique qui joignait la surface, et qui permettait à ses amis de consigner et d’étudier son rythme naturel, il est resté 2 mois dans cette grotte (précisions sur le sujet). Et le résultat est surprenant : sans alternance entre le jour et la nuit, il gardait un rythme de vie régulier, mais grâce à lui, on a découvert qu’une journée humaine ne dure pas exactement 24 heures comme on pourrait s’y attendre, mais peut varier entre 23 et 26 heures selon les individus et les moments de la vie[2].

Et ce qu’il manque à Michel Siffre pour avoir une journée normale de 24 heures, c’est la lumière. Notre horloge interne se synchronise au rythme jour/nuit de la Terre, ce qui nous permet aussi de vivre tous ensemble, sur un rythme social de 24 heures. D’ailleurs, je suis en plein décalage en ce moment, mon rythme interne est resté calé sur le fuseau horaire du Québec, alors que mon environnement est réglé sur le fuseau horaire de Kassel. C’est pour cela que je suis fatiguée et légèrement de mauvais poil, vous m’en excuserez !

Assez discuté, allons visiter la grotte de nos cafards ! “

La Professeure fait entrer les élèves dans une salle assez sombre, éclairée seulement par des lumières rouges.

“-C’est quoi cette salle exactement ?

-C’est une salle où les cafards vivent constamment dans l’obscurité, ce qui nous permet d’étudier leur horloge circadienne en “roue libre”, c’est à dire sans synchronisation par la lumière.

-Je comprends pas pourquoi vous parlez d’obscurité, il y a des lampes rouges au plafond.

-Très bonne remarque ! Chez le cafard, la lumière est captée par les yeux à facettes, qui portent des cellules spécialisées pour réceptionner la lumière. À l’intérieur de ces cellules, une molécule spécialisée est très sensible à la lumière bleue, et beaucoup moins à la lumière rouge, cela nous permet donc de recréer les conditions de la nuit. Chez l’Homme, on a le même fonctionnement : des cellules situées au niveau de la rétine captent la lumière[3] de la même façon. Donc la lumière bleue a tendance à vous garder éveillé, c’est pour ça que les écrans de vos téléphones, ordinateurs, et autres joujoux de technologie qui en émettent, sont à éviter avant d’aller vous coucher !

Soudain, un des élèves s’exclame :

-Regardez, il y a un cafard qui fait son footing ! Pourquoi il court dans une roue de hamster ?

-C’est vrai qu’il est en forme aujourd’hui ! répond la Professeure. La roue nous sert à suivre l’activité du cafard. Grâce au système électrique auquel la roue est reliée, on obtient ce type de graphique où les phases d’activité sont marquées par un trait noir épais et celles de repos par un trait noir fin. Voici un de ces graphiques, où on a compilé les observations sur plus de 2 mois et demi.

Ici, les cafards étaient d’abord sous un rythme nuit/jour normal de 24h : 12 heures de lumière (jaune), 12 heures d’obscurité (bleu). Comme ce sont des animaux nocturnes on voit bien leur activité la nuit, juste après avoir éteint la lumière. Au bout de 20 jours, ils ont été placés dans l’obscurité constante, un peu comme Michel Siffre dans sa grotte ! Ils sont en libre cours. On voit que chaque jour, l’activité est décalée un peu plus tôt que le jour précédent. Cela veut dire que le cafard a un rythme interne plus court que 24h. Et dès qu’on les remet sous un rythme normal jour/nuit, le cycle des cafards se réajuste sur 24h. Et tout cela est possible grâce à leur horloge interne ! Mais savez-vous où elle se situe ?

-Dans la tête ?

-Exactement ! Et je vais vous montrer où !

La Professeure choisit un cafard à sacrifier et le place au congélateur quelques minutes pour l’endormir.

-On va pouvoir commencer la dissection. On coupe d’abord la tête puis on la place sous la loupe binoculaire, histoire d’y voir plus clair.

-Oh mais il bouge !
-Oui, les antennes du cafard continuent de bouger pendant quelques minutes après la dissection de la tête, ne vous inquiétez pas, cela s’arrête rapidement !”

Après avoir effectué la dissection, la Professeure leur montre le résultat :

-L’horloge centrale se situe dans le cerveau, que vous voyez en blanc ici. La lumière est captée au niveau des yeux à facettes et est transmise jusqu’aux horloges centrales. Les deux horloges sont synchronisées par des neurones qui les relient entre elles.

-Et chez l’Homme cela se passe comment ?

-J’allais y venir justement. Et vous allez voir, le fonctionnement est assez semblable à celui du cafard, puisque nos horloges sont très similaires ! Chez nous, le message lumineux est capté au niveau de la rétine et transformé en message électrique (en savoir plus sur le potentiel d’action), et arrive finalement au niveau de 2 groupes de cellules, de moins d’un millimètre chacun, qui contrôlent le rythme dans tout notre corps.

Ces groupes de cellules sont appelés Noyaux SupraChiasmatiques[4], ou NSC pour les intimes, puisqu’ils sont situés juste au dessus (supra) du croisement (chiasma) entre les nerfs optiques.

Et le plus étonnant est que toutes les cellules de notre corps ont en réalité leur propre horloge biologique indépendante[5], réglée différemment de celle de leur voisine. Les 2 NSC sont capables de se mettre d’accord entre eux sur le fuseau horaire[6], et sont en plus de ça, essentiels à la coordination des 3,0.1013 (c’est à dire des 30 mille milliards) de cellules de notre corps ! Cette synchronisation est très importante, puisque c’est elle qui permet aux différentes fonctions de notre corps d’être exécutées, et au bon moment : les molécules qui vont vous permettre de digérer sont relâchées dans votre estomac peu avant un repas, les hormones sexuelles sont elles aussi produites de façon cycliques, et mêmes les battements du coeur dépendent en partie de cette synchronisation !

-Mais je ne comprends pas, comment quelques cellules dans notre cerveau arriveraient-elles à synchroniser le corps entier ?

– Et bien, c’est un véritable parcours du combattant pour arriver à ce résultat ! Il faut un messager “longue distance”, qui se déplace partout grâce au sang : une hormone qu’on appelle la mélatonine[7]. Vous en avez peut-être déjà entendu parler : on l’appelle aussi « l’hormone du sommeil ». Elle est produite par la glande pinéale, qui est en lien avec les NSC.

Son précurseur, la sérotonine, est produite en continu dans l’organisme mais la transformation en mélatonine ne se fait qu’en absence de lumière. Donc le soir, quand la lumière diminue, la mélatonine va être produite. Elle est donc synthétisée seulement la nuit, d’où son surnom

C’est le changement de concentration en mélatonine dans le sang qui donne l’heure à toutes nos cellules et permet leur synchronisation !

-Vous dites que la lumière est essentielle donc je ne comprends pas comment les aveugles peuvent réussir à vivre normalement s’ils ne peuvent pas capter la lumière…

– Excellente question ! Certaines personnes aveugles, incapables de percevoir le moindre rayon lumineux vivent en complète désynchronisation des cycles sociaux, exactement comme Michel Siffre pendant son expérience ! Ils ont un rythme de vie dit “en libre cours”[8], c’est à dire avec un décalage progressif des phases de repos. Selon le rythme naturel de son horloge interne, un aveugle peut se décaler jusqu’à une heure par jour. À cause de ces décalages, son organisme pourra être en phase de sommeil au cours de la journée et il sera donc en proie à des insomnies pendant la nuit. Le “libre cours” est difficile à diagnostiquer et peu de solutions existent pour aider les personnes atteintes. Des laboratoires cherchent à développer des régulateurs du cycle circadien (un exemple déjà utilisé ici) afin de re-synchroniser les personnes aveugles et donc d’améliorer leurs conditions de vie. Certains aveugles perçoivent quand même la lumière : leur handicap ne dérègle donc pas autant leur horloge interne qui réussit à se synchroniser avec l’environnement.

-Vous parlez d’une horloge biologique générale mais pourtant on ne se couche ou ne se lève pas tous aux mêmes heures, comment cela est possible ?

-C’est une très bonne remarque ! C’est lié à ce qu’on appelle le chronotype[9,10,11]. Il existe un chronotype A qui correspond aux personnes qui se couchent et se lèvent tôt et un chronotype B pour ceux qui préfèrent veiller tard pour se lever tard. Le chronotype dépend de la génétique de chacun, de la lumière mais aussi de l’âge et du sexe. Des études ont montré que les femmes sont plutôt A et les hommes B comme les enfants (tous sexes confondus). La société fonctionne sur la base d’un chronotype A, la plupart des personnes B souffrent donc d’un “social jetlag”[12] qui signifie que leur horloge interne n’est pas alignée à l’horloge sociale. Ces personnes vont donc à l’encontre de leur rythme naturel chaque jour ouvré.

-J’ai encore une question. À quoi ça sert exactement de comprendre cette horloge ? Enfin je veux dire, à part pour savoir quand les cafards font la sieste !

-Ahah très drôle Jonathan ! Le dérèglement de l’horloge interne fait beaucoup plus de dégâts que tu ne le penses car elle influence la plupart de nos organes ! Une horloge mal réglée peut provoquer des troubles digestifs, une obésité[13], du diabète[14], de la dépression et tout un tas d’autres soucis… Je vais vous donner un exemple très parlant : la plupart des arrêts cardiaques ont lieu le matin au réveil ou au moment du coucher[15,16], donc au moment des changements de phase ! Des chercheurs ont découvert une molécule, nommée KLF15, qui expliquerait cette coïncidence. Cette molécule intervient dans notre horloge interne mais également dans les contractions du coeur, ce qui explique donc le lien entre dérèglement du cycle circadien et problèmes cardiaques.

Les dérèglements de l’horloge circadienne touchent énormément de personnes : nous avons évoqué les aveugles, mais cela concerne aussi toutes les personnes qui travaillent de nuit ou en horaires décalées. La population générale est également concernée occasionnellement avec le décalage horaire mais aussi lors des changements d’heure d’été et d’hiver et c’est d’ailleurs pour cela qu’il sera peut-être prochainement supprimé[17]. (impact du changement d’heure sur la santé).

Ce sont pour toutes ces raisons qu’on continue d’étudier d’autres espèces que l’Homme : comprendre l’horloge chez le cafard, c’est mieux la comprendre chez l’Homme, et ça nous aidera peut-être à soigner des gens dans le futur !

Voilà, vous savez, presque tout de l’horloge circadienne de l’Humain et du cafard désormais ! Merci pour votre attention lors de cette visite, j’espère que cela vous a plu.”

Après une longue journée au laboratoire, Professeure Stein rentre chez elle et montre à ses enfants une planche de BD pour les aider à comprendre les bases génétiques de son travail.

Ce soir, Professeur Stein décide se coucher tôt. Elle compte un cafard, deux cafards, trois… La voilà endormie. Demain, elle s’envolera pour la Suède pour assister à la remise des Nobel 2017 qui récompense Jeffrey Hall, Michael Rosbash et Michael Young pour leurs travaux sur les mécanismes de l’horloge circadienne. Mais heureusement, il n’y aura pas de décalage horaire supplémentaire !

Références :

1. 1. Klarsfeld, A., 2007 – L’horloge biologique [en ligne], Université Paris-Sud. Disponible sur : < http://www.cvc.u-psud.fr/spip.php?article124 >(Consulté le 27.11.2018)
   2. Crabbé, J.M., 2015, Expériences de Michel Siffre [en ligne].Disponible sur : < https://www.sitemed.fr/rythmes/rythme_3.htm (Consulté le 15.11.2018)
   3. Berson, D., et col., 2002 – Phototransduction by Retinal Ganglion Cells That Set the Circadian Clock, Science, Vol. 295, Issue 5557, pp. 1070-1073
   4. Dardente, H. et Cermakian, N., 2005 -Les noyaux suprachiasmatiques : une horloge circadienne composée, Médecines/Science, 21:66-72
   5. Guillon, N., 2018 – Chaque organe a sa propre horloge biologique [en ligne], Pour la science
   6. Aton, SJ., 2005 – Vasoactive intestinal polypeptide mediates circadian rhythmicity and synchrony in mammalian clock neurons, Nature Neuroscience, 8: 476–483
   7. Zisapel, N., 2018 – New perspectives on the role of melatonin in human sleep, circadian rhythms and their regulation, Br J Pharmacol., 175(16): 3190–3199
   8. Uchiyama, M., & Lockley, S. W., 2009 – Non–24-Hour Sleep–Wake Syndrome in Sighted and Blind Patients, Sleep Medicine Clinics, 4(2): 195 – 211
   9. Universalis.edu, Rythmes biologiques ou biorythmes [en ligne]
   10. Camilla Kring, 2017 – How to become a successful late riser, TEDxAarhus
   11. Roenneberg T. et al, 2004 – A marker for the end of adolescence, Cell, Vol 14, Issue 24, 2168-2312
   12. Wittmann, M. et col., 2006 – Social jetlag: misalignment of biological and social time, Chronobiol Int., 23(1-2):497-509.
   13. Roenneberg, T., et col., 2012 – Social Jetlag and Obesity, Current Biology, 22: 939–943
   14. Perrier, J.J., 2010 – Le diabète : un dérèglement du sens du temps ? [en ligne], Pour la science
   15. Jeyaraj, D., 2012 – Circadian rhythms govern cardiac repolarization and arrhythmogenesis, Nature, 483(7387): 96-9
   16. Janszky, I., 2008 – Shifts to and from Daylight Saving Time and Incidence of Myocardial Infarction, N Engl J Med, 359: 1966-1968
   17. European commission, 2018 – Proposal for a Directive of the European Parliament and of the Council discontinuing seasonal changes of time and repealing Directive [en ligne]

Webographie des liens externes :

Les effets du décalage horaire : http://www.fuseau-horaire.com/decalage-horaire.html

Informations sur la drosophile : http://espacepourlavie.ca/insectes-arthropodes/drosophile

Expériences de Michel Siffre : https://www.sitemed.fr/rythmes/rythme_3.htm

Site de la grotte de Clamouse, qui nous a gentiment accordé l’autorisation de reproduire l’iconographie principale de cette page : https://www.clamouse.com/fr/decouvrez-clamouse/les-dossiers-thematiques/michel-siffre/

Savez-vous ce qu’est une cellule ? : https://www.1minutedesciences.com/2015/03/24/qu-est-ce-qu-une-cellule/

Le potentiel d’action :http://musibiol.net/biologie/cours/pa/action.htm

Le cycle veille/sommeil chez les aveugles et le libre-cours : https://fondationsommeil.com/cycle-veille-sommeil-chez-les-aveugles/

Le médicament Hetlioz, qui permet d’aider les personnes en “libre-cours” : http://www.hetlioz.com/abouthetlioz.php

Perturbation du rythme circadien par le changement d’heure : https://www.lemonde.fr/planete/article/2016/03/27/le-jet-lag-de-l-heure-d-ete-tout-dans-la-tete_4890787_3244.html?

Entretien sur le Prix Nobel de médecine 2017 : https://www.franceculture.fr/sciences/prix-nobel-de-medecine-2017-le-rythme-cest-la-vie