chronobiologie et fonction digestives

Mr Frédéric YVON
1 avenue de la libération
06600 ANTIBES
U.F. 1
L’influence de la chronobiologie sur l’acte moteur
Tronc Commun 2ème degrès
1
Sommaire
- I - La chronobiologie-----------------------------------------------------------------------------2
1. Pour commencer, quelques définitions-------------------------------------------------------2
2. Nous sommes des êtres cycliques-------------------------------------------------------------2
3. Chronobiologie et rythmes circadiens--------------------------------------------------------4
4. Les fonctions biologiques ont des activités rythmiques dont les pics et les creux ne
sont pas distribués au hasard, mais représentent une organisation dans le temps.-5
5. Les trois états de vigilance----------------------------------------------------------------------6
6. Comment interpréter cette courbe ?-----------------------------------------------------------8
7. Comment étudie-t-on le sommeil ?------------------------------------------------------------9
8. Caractéristiques du sommeil enregistré sur les tracés polygraphiques------------------11
9. Pause respiratoire centrale - Pause respiratoire obstructive------------------------------12
10. Déroulement temporel d'une nuit de sommeil (hypnogramme)------------------------13
11. Ce qu'il faut retenir---------------------------------------------------------------------------14
- II - Chronobiologie et fonction digestives---------------------------------------------------15
1. Cycle d'alimentation et de repos digestif : La régulation du métabolisme nutritif au cours
des différents états nutritionnels chez l'homme-----------------------------------------------15
2. A quel moment le signal hypoglycémique est déclenché par l'acte alimentaire chez le sujet
en conditions stables ayant continuellement des aliments à disposition ?----------------17
3. La fonction digestive et l'exercice ; regard sur les boissons d'effort--------------------17
3.1 Variation du temps de digestion des lipides--------------------------------------18
3.2 Relation entre taille des repas et fréquence de prise alimentaire--------------18
3.3 Les rythmes annuels-----------------------------------------------------------------18
3.4 Fluctuation des réserves énergétiques de l'adulte--------------------------------19
3.5 Variation du flux lipidique au cours de la nuit (jeûne de 12h)-----------------20
3.6 Variation du flux d'acides aminées au cours de la nuit (jeûne de 12h)--------20
4. Conclusion---------------------------------------------------------------------------------------20
- III - Etude du docteur Jean Yves Chauve-----------------------------------------------------21
1. Campagne de travaux pendant la Course en Solitaire du Figaro-------------------------21
2. Travaux sur la vigilance : Course en Solitaire du Figaro, British Steel Challenge, VendéeGlobe.------------------------------------------------------------------------------------------------22
3. Travaux appliqués pendant le record du Tour du Monde de Bruno PEYRON. La
chronobiologie dans la course en haute mer:---------------------------------------------------23
4. Application de ces notions pendant la "Route de l'Or" (Janvier-Février 1998) avec
l'équipage d'Isabelle AUTISSIER.---------------------------------------------------------------24
5. Intérêt de ces travaux pour des populations soumises à des contraintes de désynchronisation
de l'activité :-----------------------------------------------------------------------------------------25
5.1 dans le monde de la mer--------------------------------------------------------------25
5.2 dans le monde de l'entreprise--------------------------------------------------------25
- III - Quelles sont les variations neurophysiologiques explicatives du sommeil ?
Et quelles conséquences la pratique physique peut avoir sur le sommeil ?-----------------26
Introduction-----------------------------------------------------------------------------------------26
Partie I-----------------------------------------------------------------------------------------------26
Partie II----------------------------------------------------------------------------------------------28
Conclusion :-----------------------------------------------------------------------------------------30
Mes sites :-------------------------------------------------------------------------------------------30
Bibliographie :--------------------------------------------------------------------------------------30
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- I - La chronobiologie
1. Pour commencer, quelques définitions
Ce sont des notions arides, mais utiles à la compréhension des chapitres qui vont suivre. Elles
permettent de décrire toute la série de rythmes qui programment notre vie.
On appelle rythmes CIRCADIENS les alternances, aux environs de 24 heures, de certaines de
nos fonctions biologiques, dont le rythme veille-sommeil est l'une des plus importantes. Dans
les conditions normales, cette alternance est synchronisée par le rythme jour-nuit, par nos
périodes d'activité et de repos.
On appelle rythmes ULTRADIENS des périodes plus courtes, de quelques minutes à quelques
heures, qui régulent nos jours et nos nuits. Les cycles nocturnes de sommeil de 1 h 30 à 2
heures, les alternances de sommeil lent et de sommeil paradoxal en sont les témoins, la nuit.
Dans la journée, nous alternons des cycles de repos et d'activité, de fatigue et de grande
efficacité: phases d'éveil actif au cours desquelles nous sommes très vigilants, et phases
d'éveil passif au cours desquelles nous sommes beaucoup moins vifs, beaucoup moins
efficaces. Ces rythmes influencent la plupart de nos fonctions biologiques: rythme cardiaque,
rythme respiratoire. Ils modulent notre température corporelle, nos sécrétions internes. Ils
influencent nos performances physiques et mentales, et nous connaissons bien le creux très
net de nos possibilités de 13 ou 14 heures, alors que nous sommes généralement en pleine
forme vers 17 heures.
Notre vie est aussi modulée par des rythmes lents, dits INFRADIENS. Le plus classique est
un rythme mensuel. Souvenez-vous du très beau film d'Eric Rohmer Les Nuits de la pleine
lune, et dans Kaos des frères Taviani, de la merveilleuse séquence sur "le mal de lune".
Ce ne sont pas des inventions de cinéastes. Certaines insomnies sont visiblement rythmées par
le cycle mensuel, et les statistiques de criminalité montrent une indiscutable aggravation au
moment des pleines lunes !
D'autres rythmes, encore plus lents, saisonniers, bi annuels, annuels, voire tous les trois ou
cinq ans, sont nettement repérables chez certains d'entre nous. Connaissez-vous les syndromes
dépressifs minimes survenant pour une même personne chaque année à la même période ?
Connaissez-vous l'évidente vulnérabilité des humains en hiver, leur besoin plus important de
sommeil, la sensibilité aux infections, alors même que l'invention de l'éclairage artificiel et du
chauffage central leur a désappris un besoin physiologique profond de repos. Par contre, notre
société vient d'inventer les vacances d'été, repos au moment de notre plus grande capacité de
travail, de moindre besoin de sommeil, et de nos meilleures performances physiques et
intellectuelles...
2. Nous sommes des êtres cycliques
Tout ce qui vit alterne. Cycle de la naissance, de la maturation et de la mort, cycles des
saisons au cours d'une même année, cycles du jour et de la nuit, cycles différents de sommeil
au cours d'une même nuit, cycles de la lune, cycles mensuels et menstruels des femmes,
cycles longs, bi-annuels ou annuels, alternant là encore des périodes actives et des périodes
plus ralenties. Ne sommes-nous pas les enfants de paysans pauvres qui travaillaient l'été, se
reposaient l'hiver, avec des bonnes années où la chaleur et l'alimentation étaient abondantes,
et des années de disette et de repli ?
Tout ce qui vit alterne des périodes d'activité et des périodes de repos. Cette périodicité existe
d'abord chez les végétaux: alternance saisonnière bien sûr, mais aussi alternance journalière
bien visible chez certaines fleurs. Ainsi les "belles de jour" ouvrent leurs corolles le matin et
les referment le soir, tandis que les "belles de nuit" font le contraire.
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Les insectes, les reptiles ont nettement des moments d'activité et des moments de repos. Les
poissons s'immobilisent sur le ventre ou sur le côté, à la surface ou au fond de l'eau. Pour tous
ces animaux, on parle de "dormance", pas encore de sommeil.
Le sommeil complexe, dans sa forme évoluée, est apparu il y a cent millions d'années avec les
oiseaux, mais ce sommeil est encore très différent de notre sommeil humain. Par contre, plus
haut dans l'échelle animale, les différents mammifères étudiés - chats, rats, singes - ont des
états de vigilance très proches des nôtres. Les animaux chasseurs, les grands fauves, ont un
sommeil plus profond que leurs proies, qui, elles, ont une plus large part de sommeil léger.
Les animaux chassés ont très peu de sommeil paradoxal, dont la paralysie les rendrait très
vulnérables. Les dauphins, eux, ne dorment systématiquement que d'un oeil, ou plus
exactement d'un cerveau, puisqu'ils alternent des éveils du cerveau droit pendant que le
gauche dort, puis l'inverse.
Notre sommeil d'hommes adultes conserve l'empreinte de cette évolution. Nous en retrouvons
la trace dans les études de l'évolution phylogénétique des espèces, dans les recherches sur le
sommeil des mammifères qui, tel le cochon d'Inde, naissent cérébralement adultes, dans celles
sur le développement progressif du sommeil (études ontogénétiques) des espèces qui naissent,
comme l'homme, très immatures: raton, chaton, bébé kangourou... Tous ces travaux nous
permettent de mieux comprendre notre sommeil, son développement, certaines de ses
anomalies. Ils permettent de lever un peu le mystère sur sa fonction. A quoi sert le sommeil,
pourquoi dormons nous ? Questions auxquelles nous n'avons pas encore de vraies réponses.
Dans tout ce chapitre, nous nous attacherons à décrire les différents états de vigilance et les
cycles de l'homme adulte. Il peut sembler surprenant, dans un livre consacré à l'enfant, de
rédiger un chapitre entier sur le sommeil de l'adulte, pourtant cela nous paraît indispensable.
Indispensable, car le sommeil de l'enfant n'est pas fondamentalement différent de celui de
l'adulte, et qu'il sera beaucoup plus facile de le décrire ensuite par comparaison.
Indispensable aussi, parce que le sommeil de l'adulte est l'aboutissement des modifications
progressives des états de vigilance qui se construisent de la période foetale à la fin de
l'adolescence.
Indispensable enfin, car il n'est pas possible pour des parents de comprendre les éventuels
problèmes de leur enfant sans être capables d'abord de comprendre leur propre sommeil et
d'en analyser les difficultés.
Les rythmes circadiens de vigilance
Au cours des 24 heures, notre vigilance passe par des hauts et des bas, réalisant un véritable
tracé sinusoïdal repérable à la même heure ou presque chez tous les humains, dans tous les
coins de la planète, et corrélé à l'heure du soleil.
Cette vigilance est directement précédée par une autre courbe parallèle qui est celle de notre
température corporelle. Lorsque la température s'élève, notre organisme se prépare à une
phase active, éveillée, efficace. Lorsque la température baisse, la vigilance ne tarde pas à
diminuer. Nous verrons que toutes ces notions conduisent à un bon nombre de réflexions sur
les rythmes scolaires imposés à nos enfants: l'heure des siestes à l'école maternelle, l'heure
habituelle des cours qui ne correspond guère aux meilleurs moments d'activité intellectuelle,
la suppression des classes l'été, meilleure période d'apprentissage que l'hiver. Nous nous
reposons et nous travaillons souvent à contretemps de nos besoins physiologiques.
Schématiquement, ce rythme fondamental (en heures solaires) est formé de:
une phase active, chaude, entre 5 et 8 heures du matin;
une phase de repli, de fatigue, de faibles performances physiques entre 11 et 14 heures;
une nouvelle phase de haute vigilance entre 17 et 20 heures;
une phase de fatigue et de très faible vigilance entre 23 heures et 2 heures du matin;
la phase la moins active se situe entre 2 heures et 5 heures du matin.
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3. Chronobiologie et rythmes circadiens
La chronobiologie est l'étude des rythmes biologiques auxquels sont soumis les êtres
vivants.
Les différents pics et creux de ces rythmes ne sont pas distribués au hasard, mais
relèvent d'une véritable programmation dans le temps des nombreuses activités:
métaboliques, nerveuses, endocriniennes... permettant un ajustement de l'organisme au
mode de vie. Cette adaptation n'est pas individuelle, mais spécifique de l'espèce. Ainsi
l'humain, homo sapiens, est un "animal" à activité diurne, et tous ses rythmes
biologiques, son organisation temporelle, répondent à la nécessité de faire face,
physiquement et intellectuellement, à son activité diurne. Ainsi les performances du
système nerveux (attention, coordination motrice, mémoire), la force musculaire, la
fréquence cardiaque et respiratoire atteignent leur maximum au cours de la journée.
Par contre, d'autres variations biologiques, comme le taux de lymphocytes cellules
blanches du sang qui participent à la défense anti-infectieuse de l'organisme -, sont au
maximum au milieu de la nuit.
Un exemple frappant de cette adaptation biologique quotidienne est celui des
sécrétions hormonales: L'hormone corticotrope, ou ACTH, a son pic de sécrétion
maximum au milieu de la nuit. Elle induit la sécrétion d'hormones telles que la
cortisone ou le cortisol, qui ont pour effet d'augmenter les taux sanguins de protéines,
lipides, glucides et sels mineraux pour les besoins d'un organisme en activité. Or, les
pics sanguins maximum de cortisol se situent au moment de l'éveil. Il y a donc
cohérence biologique, le pic d'ACTH se situant avant celui du cortisol, lui-même se
situant avant le pic des performances musculaires, nerveuses, etc. de l'organisme. Il y a
donc bien pré-adaptation.
Cette notion d'organisation temporelle a une réelle importance, non seulement
théorique, mais aussi pratique. Les accidents de voiture ou d'avion dus à une "erreur
humaine" se produisent souvent vers deux ou trois heures du matin, heure où les
potentialités physiques, psychiques et intellectuelles des humains sont au plus bas.
C'est le moment où les réponses, les réflexes sont les plus lents et les moins adéquats.
Le chronobiologiste américain Charles Ehret de Chicago a même rapporté que la
gravité de l'accident à l'usine nucléaire de Three-Mile-Island était en grande partie due
au fait que la centrale s'était emballée à trois heures du matin. Les ingénieurs et
techniciens de garde ont été incapables de prendre en temps voulu les décisions qui
s'imposaient.
Autre utilité pratique essentielle de cette chronobiologie: notre organisme ne réagit pas
de la même façon aux médicaments selon l'heure où ils sont ingérés. Pour certaines
thérapeutiques hormonales, comme la stimulation du cortisol par l'ACTH la même
dose peut être strictement inefficace à six heures du soir et parfaitement adaptée à sept
heures du matin. Autre exemple : la stimulation hypophyso-ovarienne par la LH-RH
n'a aucune efficacité en perfusion continue, même à très fortes doses, et ne marche que
si l'on effectue une stimulation de quelques minutes toutes les heures.
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Cette découverte, utilisée maintenant dans le traitement de certaines stérilités, prouve
bien que les effets qualitatifs et quantitatifs d'un traitement hormonal dépendent plus
du rythme de sa biodisponibilité que de la dose théoriquement utile.
4. Les fonctions biologiques ont des activités rythmiques dont les pics et les creux
ne sont pas distribués au hasard, mais représentent une organisation dans le
temps.
Les fonctions biologiques
Les fonctions biologiques ont des activités rythmiques dont les pics et les creux ne sont pas
distribués au hasard, mais représentent une organisation dans le temps. Les rythmes regroupés
sur ce schéma sont circadiens, c'est-à-dire que leur période est d'environ 24 heures.
L'emplacement du pic (ou acrophase) de chaque variable biologique ou pnysiologique est
représenté par un rond; le rectangle figure les limites de confiance de cet emplacement, de
part et d'autre du pic, pour une sécurité statistique de 95 %. Ces rythmes sont caractéristiques
de I espèce: ils ont une origine génétique. La période de ces rythmes et I emplacement de leur
acrophase peuvent cependant être modifiés par certaines manipulations des facteurs de
l'environnement appelés synchroniseurs ou donneurs de temps.
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Pour notre espèce, le synchroniseur circadien le plus puissant est représenté par les cycles de
24 heures des impératifs horaires liés à notre vie sociale (activité diurne et repos nocturne) et
de certains facteurs de notre niche écologique: alternance jour/nuit, bruit/silence, chaud/froid,
etc. Cette information indispensable figure en haut du dessin. La distribution des acrophases
des différents rythmes biologiques dans l'échelle des 24 heures fournit un aspect de la
structure (ou organisation) temporelle circadienne de l'homme adulte sain.
La structure temporelle résulte probablement d'une adaptation des espèces aux variations
périodiques et prévisibles de l'environnement liées à la rotation de la Terre sur elle-même en
environ 24 heures et autour du Soleil en environ un an. Ainsi, le maximum des performances
du système nerveux, des muscles, du coeur, des poumons se situe vers le milieu de la journée.
Les pics des activités endocrinien nes qui préparent les activités diurnes cérébrales,
neuromotrices, etc., apparaissent la nuit. C'est le cas de l'ACTH, hormone hypophysaire qui
stimule les sécrétions des surrénales. Le pic du cortisol (hormone sécrétée par ces dernières)
se situe la matin, au voisinage de l'éveil. (D'après La Recherche n° 132, avril 1982.)
5. Les trois états de vigilance
Encore quelques définitions, mais plus connues et beaucoup plus simples. Notre vie d'adultes
est faite de la succession de trois états de vigilance, totalement différents les uns des autres,
aussi bien dans notre comportement extérieur, visible, que dans leur traduction
électroencéphalographique: l'éveil, le sommeil lent et le sommeil paradoxal.
- L'EVEIL, OU ÉTAT DE VEILLE, caractérise tous les moments conscients de notre vie,
et représente chez l'adulte près des deux tiers du temps. Cet état oscille de façon plus ou
moins rapide entre des temps d'éveil actif et des temps d'éveil passif.
Au cours de l'éveil actif, nos yeux sont grands ouverts, brillants, très mobiles, nos gestes
fréquents, rapides, précis, notre temps de réaction à toutes les stimulations qui nous entourent
est très court, les réflexes sont vifs, notre envie de communiquer et notre facilité pour
apprendre sont importantes. Notre cerveau est en alerte et l'activité électrique cérébrale
recueillie sur l'EEG est rapide, peu ample. Il nous sera difficile de nous endormir au cours de
cette période de veille active.
A ces états actifs succèdent de façon périodique des états de veille passifs. Éveils au cours
desquels nos gestes sont plus lents, nos yeux moins vifs, notre temps de réaction à ce qui nous
entoure beaucoup plus long. Nous sommes moins bavards, plus distants, plus rêveurs, souvent
plus frileux. A ce stade, nous avons envie de nous relaxer, de nous détendre, et il nous est
facile de nous "laisser aller", de fermer les yeux et de nous endormir. Nos ondes électriques
corticales, lorsque nous avons les yeux fermés, sont régulières, un peu plus amples et plus
lentes que lors des états de veille actifs, de 8 à 12 ondes par seconde (activité type "alpha").
Cet état de veille relaxé est une porte ouverte sur le sommeil.
- LE SOMMEIL LENT est ainsi appelé car il est caractérisé par un ralentissement et une
augmentation d'amplitude progressive des ondes électriques corticales. Il est dit aussi sommeil
classique, sommeil orthodoxe.
Un adulte s'endort presque toujours en sommeil lent et ce sommeil représente chaque nuit
environ 75 % à 80 % du sommeil total, soit environ 6 heures de sommeil lent pour une nuit de
8 heures. Ce sommeil peut être décomposé en quatre stades de profondeur croissante:
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Le stade I correspond à l'endormissement ou à un état de pré-réveil, périodes au cours
desquelles nous sommes "entre deux eaux", pas tout à fait endormis, ni complètement
réveillés. Les mouvements corporels se font rares.
En stade II, nous dormons, mais ce sommeil est léger. Une porte qui claque chez le voisin
nous réveillera. Il persiste une certaine activité mentale: rêves flous, plus proches d'une
pensée d'éveil que d'images, rêves plus logiques, plus cohérents que ceux du sommeil
paradoxal. L'activité électrique est de plus en plus lente. Les stades I et II représentent 50 %
du sommeil total, soit 4 heures par nuit.
Les stades III et IV correspondent à un sommeil très profond. La réactivité aux stimulations
extérieures est très faible, l'immobilité à peu près totale. Le visage est inexpressif, l'activité
mentale probablement très faible. Les yeux sous les paupières fermées sont immobiles
(sommeil sans mouvement oculaire des Anglo-Saxons: non rapid eyes movement sleep:
NREMS). Le pouls et le rythme respiratoire sont lents et réguliers. Par contre, le tonus
musculaire est conservé, les muscles restent fermes, le corps à demi plié, les doigts serrés
(dormir à poings fermés). S'il nous arrive de nous endormir debout, nous ne nous effondrerons
pas. L'activité électrique cérébrale est lente et ample. Ces stades III et IV représentent environ
25 % du sommeil total, soit 2 heures par nuit.
- LE SOMMEIL PARADOXAL, OU SOMMEIL DE REVE, succède au sommeil lent. Il
en est aussi différent que le sommeil lent est différent de l'éveil. Il a été nommé "paradoxal"
par Michel Jouvet, devant le contraste entre un sujet complètement endormi, détendu, et
l'enregistrement EEG d'une activité électrique corticale intense, avec des ondes rapides, peu
amples, très proches de celles de l'éveil actif. Ce sommeil représente 20 à 25 % du sommeil
total, soit, lui aussi, près de 2 heures par nuit.
L'activité électrique est le reflet d'une activité mentale intense, d'un véritable éveil cérébral,
qui correspond au rêve. Si l'on réveille un dormeur pendant cette période, dans 80 % des cas il
raconte une histoire de rêve très précise, très détaillée.
Ces rêves sont fugaces, vite effacés de notre mémoire, ce qui peut nous faire croire que nous
n'avons pas rêvé. Les rêves dont l'on se souvient au matin sont ceux des dernières minutes du
sommeil paradoxal, juste avant notre réveil ssif. En effet, l'éveil spontané du matin survient
souvent à la fin d'une phase de sommeil paradoxal.
En sommeil paradoxal, notre visage est le reflet de l'activité onirique. Il est mobile, expressif,
plus "social" qu'en sommeil lent. Les paupières sont fermées, mais les yeux bougent très
rapidement et ces mouvements sont visibles au travers des paupières (sommeil à mouvements
oculaires rapides des Anglo-Saxons: REMS).
Le pouls et la respiration sont aussi rapides qu'en phase d'éveil, mais plus irréguliers. Il peut
de temps à autre exister quelques brefs mouvements corporels, mais, en pratique, la
caractéristique de ce sommeil paradoxal est une hypotonie musculaire intense. Nous sommes
complètement détendus, étalés, muscles relâchés, doigts ouverts.
Endormi en position instable, la tête s'écroule, le corps se laisse tomber. Il existe une véritable
paralysie transitoire qui, bien sûr, disparaît dès que nous sommes réveillés ou dans une
nouvelle période de sommeil lent. Cette paralysie nous empêche peut-être de "passer à l'acte"
au cours de nos rêves.
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Deux tableaux peuvent résumer ces caractéristiques:
SOMMEIL LENT
SOMMEIL PARADOXAL
visage inexpressif
respiration lente et régulière
pouls lent et régulier
pas de mouvements oculaires
tonus musculaire conservé
activité électrique cérébrale de plus en plus
lente et ample
visage expressif
respiration rapide et irrégulière
pouls rapide
mouvements oculaires rapides verticaux et
horizontaux
tonus musculaire aboli
paralysie
activité électrique cérébrale rapide, intense
6. Comment interpréter cette courbe ?
Le matin au réveil, nous sommes en pleine forme, actifs, efficaces, prêts à apprendre, à
mémoriser, à effectuer un travail physique important.
En milieu de journée survient une phase moins efficace, marquée sans doute pour beaucoup
d'entre nous par le "coup de pompe de 11 heures". Malgré la célèbre publicité de Banania, il
ne s'agit pas d'une fatigue hypoglycémique, mais bien d'un moment de fatigue biologique
fondamental, avec refroidissement corporel, identique pour tous. C'est, d'ailleurs, souvent le
moment de la sieste et beaucoup de jeunes enfants s'endorment avant leur repas de midi.
Vers 17 heures, nous commençons une nouvelle phase de grandes performances physiques et
intellectuelles. Les enfants sont excités. Nous avons chaud, nous pouvons faire du sport,
étudier très efficacement, apprendre très vite... Le champion mondial de saut à la perche
améliorant, le 11 juillet 1988, pour la neuvième fois, son propre record en sautant 6 m 06 à 2
heures (heure locale, soit 18 heures heure du soleil) a déclaré aux journalistes de la télévision:
"C'était des conditions météo idéales, et, surtout, la meilleure heure pour sauter".
Quel dommage que, dans notre société actuelle, nos enfants ne profitent pas de cet excellent
moment, trop souvent consacré mollement aux devoirs scolaires, ou encore plus mollement
aux feuilletons télévisés. Quant à nous, adultes, ce devrait être le moment de faire du sport,
des études, des recherches, au lieu de perdre des heures en voiture dans les embouteillages de
retour, ou à préparer le repas du soir.
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Vers 23 heures, nouvelle période de faible vigilance : nous commençons par sentir le froid,
nous nous étirons, nous bâillons, écoutons avec moins de lucidité les conversations
environnantes, et sommes proches de l'endormissement. Si nous nous endormons, nous
dormons en sommeil lent profond. Si nous continuons à veiller, nous serons "ivres de
sommeil", instables sur nos jambes, peu réactifs, nous aurons froid, envie de fermer les yeux.
Notre tension artérielle sera basse, notre force physique très diminuée.
Pourtant, même si nous n'avons pas dormi, tout ira mieux après 5 heures du matin, et si nous
tardons encore à nous coucher, nous ne pourrons plus nous endormir. Pour ceux qui ont dormi
une nuit normale, vers 4-5 heures le sommeil devient plus léger, plus fragile, plus riche en
sommeil lent léger et en sommeil paradoxal. Les éveils sont plus fréquents et parfois
perceptibles.
Environ deux heures avant le réveil spontané, la température remonte, les modifications
métaboliques liées à la sécrétion de cortisol sont stimulées, et nous nous réveillons en pleine
forme.
On dit d'un individu qu'il est en phase, lorsqu'il vit et travaille aux moments de meilleure
performance, et se repose ou dort dans les moments de faible performance. Cette notion
est du plus haut intérêt pour comprendre certaines pathologies du sommeil.
Il existe, par rapport à cette courbe moyenne, des variations possibles d'une ou deux heures,
fixes pour un même individu tout au long de sa vie. Nous pouvons donc définir des humains
"couche-tôt" et d'autres "couche-tard", selon la position de leur propre périodicité horaire.
Cette courbe, ce rythme fondamental sont retrouvés chez tous les sujets dans les conditions
normales: travail de jour, vie à la lumière extérieure, vie sociale régulière. Mais tout n'est pas
si simple. Les expériences de "vie hors du temps", en dehors de tout repère temporel (pas de
montre, pas d'alternance de jour et de nuit, pas d'horaires de repas réguliers), nous permettent
d'aborder les mécanismes très compliqués qui règlent nos différents rythmes: rythmes
biologiques et rythmes de sommeil.
7. Comment étudie-t-on le sommeil ?
Savez-vous pourquoi et comment vous dormez ? Savez-vous combien de temps chaque nuit
vous dormez profondément, vous rêvez, à quel moments et pourquoi vous vous agitez, à quel
rythme se produisent vos alternances de sommeil lent et de sommeil paradoxal, pourquoi au
moment de vous endormir, vous avez froid, et vous vous réveillez en ayant chaud, pourquoi le
"coup de pompe" de onze heures du matin, ou l'envie de sieste de début d'après-midi ?
Seriez-vous capables de dire de combien d'heures de sommeil vous avez besoin pour être en
forme, et à combien de cycles nocturnes, et surtout à des cycles de quelle durée cela
correspond ? Quelle est votre heure "naturelle", physiologique, d'endormissement et quels en
sont les signes d'approche ?
La manière de dormir, la durée totale nécessaire de sommeil, la durée de chaque cycle sont
spécifiques à chaque individu, cérébralement programmées, sans doute génétiquement
organisées, elles évoluent tout au long de notre vie, de la période foetale à la vieillesse.
Or à des questions aussi simples concernant l'un des équilibres les plus précieux de notre vie,
personne ou presque ne sait répondre.
Il est frappant de découvrir que l'information sur le sommeil dans notre société est nulle.
Ouvrez un livre de biologie des lycéens de terminale scientifique.
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Les programmes scolaires rendent nos adolescents incollables sur la digestion, la circulation
sanguine, les mécanismes de la reproduction et la transmission des caractères héréditaires, le
fonctionnement du système nerveux ou les échanges cellulaires, les moyens de défense contre
les infections et les mécanismes des réactions immunitaires, voire la théorie de l'évolution et
les différents types de microscopes ! Par contre rien, pas un mot, pas une ligne sur le sommeil.
Comme si cette fonction était secondaire, sans intérêt.
On devient bachelier, à l'heure actuelle en France, en ignorant totalement ce qui se passe dans
notre organisme pendant plus d'un tiers du temps de notre vie... Curieuse carence de
l'Education nationale dont personne ne se plaint!
Personne ne se plaint, en fait, parce que personne ne connaît. Les médecins et pédiatres
ignorent encore presque tout du sommeil de l'enfant normal, sur lequel les recherches
fondamentales démarrent à peine. Rendez vous compte:
d' Aristote à Piéron en 1913, seules quelques descriptions d'individus endormis avaient été
possibles. Il a fallu attendre 1924,
la découverte de l'électroencéphalographie par Hans Berger - EEG qui enregistre les faibles
courants électriques émis par notre cerveau au cours de ses différentes activités, pour
s'apercevoir qu'il existe une corrélation entre nos differents états de vigilance et certaines
modifications de notre activité électrique cérébrale.
Loomis aux États-Unis réalise en 1937 le premier enregistrement EEG nocturne de sommeil,
mais c'est seulement vingt ans plus tard que débuteront les véritables études scientifiques des
différents états de vigilance chez l'homme.
En 1953, Aserinski et Kleitman découvrent le sommeil de rêve et sa traduction électrique;
puis les travaux se succèdent:
Dement en 1958 aux États-Unis sur le sommeil de l'adulte et Jouvet à Lyon en 1959 chez
l'animal.
Depuis cette époque, des dizaines de centres spécialisés pour l'étude du sommeil se sont
ouverts, d'abord aux États-Unis, puis en Europe.
Des milliers de tracés électroencéphalographiques ont été enregistrés, en très grande partie
chez l'adulte jeune. Ces études ont permis de découvrir que notre sommeil est un état très
complexe.
Il ne s'agit pas du tout d'une mise en veilleuse de notre activité mentale et physique. Il s'agit
d'un réel "état second", aussi varié et complexe à décrire que l'état de veille et où toutes nos
fonctions biologiques sont modifiées.
Bien sûr, l'activité électrique du cerveau est différente, spécifique des différentes phases du
sommeil. Nous les décrirons longuement.
Mais, et c'est là le point essentiel à réaliser, le sommeil est une période tout à fait particulière,
où toutes nos autres caractéristiques biologiques vont se modifier rythmiquement:
- la température,
- le rythme cardiaque et le rythme respiratoire,
- la pression artérielle,
- le tonus musculaire,
- les sécrétions hormonales ont une histoire,
- une périodicité nocturne,
- que l'on peut enregistrer,
- mesurer, doser.
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8. Caractéristiques du sommeil enregistré sur les tracés polygraphiques
Pour ce faire, les études du sommeil sont donc maintenant polygraphiques, c'est-à-dire que
l'on enregistre simultanément l'activité électrique du cerveau (EEG), les mouvements des
yeux (électro-oculogramme), le tonus musculaire (électromyogramme) au niveau des muscles
du menton, l'activité cardiaque (électrocardiogramme), et la respiration.
Tous ces éléments sont recueillis par des électrodes collées sur le cuir chevelu, de chaque côté
des yeux, sur le menton et sur le thorax. Elles sont reliées par de longs fils à un appareil
d'enregistrement sur lequel se déroulera à vitesse lente le tracé de sommeil.
De plus, le sujet endormi est en permanence filmé par une caméra spéciale, même lorsque la
chambre est éteinte, et tous les bruits sont captés par un système de micros. Le tracé est
annoté de façon permanente, tout au long de l'enregistrement, par une personne de l'équipe
medicale.
Ces enregistrements sont peu gênants lorsqu'ils se limitent à ces paramètres. Mais l'étude de
certaines pathologies du sommeil peut nécessiter des prélèvements plus traumatisants:
l'étude de convulsions au cours du sommeil nécessite beaucoup plus d'électrodes au niveau du
cuir chevelu pour enregistrer plus de dérivations de l'EEG et une vidéo continue.
l'étude de pauses respiratoires au cours du sommeil nécessite l'enregistrement de la respiration
au niveau de l'abdomen, du thorax, du nez, de la bouche, et les différents tracés recueillis
permettent de faire la différence entre les pauses respiratoires d'origine centrale, dues à un
arrêt de la commande nerveuse située dans le cerveau, et celles dues à une obstruction
mécanique au niveau des voies aériennes supérieures, par de grosses amygdales par exemple.
12
Dans certaines pauses respiratoires il est nécessaire également de doser les gaz du sang
(oxygène, gaz carbonique, pH...) en placant avant l'endormissement un cathéter artériel ou
veineux, ce qui permettra des prélèvements répétés au cours de la nuit sans réveiller le sujet.
De même, l'étude de certaines sécrétions hormonales comme, par exemple, celle de l'hormone
de croissance dans le bilan des retards de taille, nécessite des recueils sanguins toutes les 20
minutes pour établir une courbe de sécrétion. Celle-ci permettra de déterminer, parmi tous les
enfants petits, ceux qui peuvent être traités avec succès par l'hormone de croissance.
9. Pause respiratoire centrale - Pause respiratoire obstructive
PAUSE RESPIRATOIRE CENTRALE
Elle correspond à la suppression des
informations émises par les centres respiratoires
du bulbe. Cette pause respiratoire se traduit par
un arrêt des mouvements respiratoires du thorax
et de l'abdomen, par un tracé plat des
dérivations respiratoires, des voies aériennes
supérieures et thoracoabdominales.
PAUSE RESPIRATOIRE OBSTRUCTIVE
Elle correspond à une obstruction au niveau
des voies aériennes supérieures. Elle se
traduit par un arrêt respiratoire au niveau du
nez et de la bouche, alors que les
mouvements du thorax et de l'abdomen
augmentent pour lutter contre l'obstruction.
Tous ces enregistrements vont ensuite être lus par fragments de 30 secondes, période du tracé
sur laquelle sera mis un code correspondant à un état de vigilance et à des événements
particuliers. Actuellement, des programmes sur ordinateur permettent, à partir de ces codes,
d'obtenir très rapidement les caractéristiques de la nuit de sommeil et le dessin de
l'hypnogramme, c'est-à-dire le déroulement temporel de la nuit de sommeil, avec les différents
niveaux de vigilance en fonction du temps.
13
10. Déroulement temporel d'une nuit de sommeil (hypnogramme)
Les enregistrements polygraphiques de sommeil sont normalement réalisés dans des services
spécialisés: en chambre-laboratoire d'un centre hospitalier. Le sujet étudié devra donc dormir
à l'hôpital au moins une nuit, et souvent plusieurs, pour lui permettre de s'adapter à
l'environnement nouveau, aux électrodes (on parle de nuits d'"habituation"), puis obtenir des
enregistrements valables.
Les protocoles d'étude du sommeil d'un sujet normal portent généralement sur l'analyse de 3 à
5 nuits d'enregistrement, mais, par exemple, l'étude chez l'adulte des effets d'un nouvel
hypnotique peut comporter jusqu'à 45 nuits d'enregistrement chez un seul sujet!
Les progrès actuels de l'informatique permettent depuis peu de réaliser des enregistrements
polygraphiques dans une chambre banale d'hôpital et même à domicile, grâce à des
enregistreurs miniaturisés de la taille d'un walkman, attachés à une ceinture, et qui permettent
d'obtenir, sur cassette, 24 heures consécutives de tracés. Un système de lecture et de
visualisation permet une lecture en temps différé et même une lecture rapide (24 minutes de
lecture pour 24 heures d'enregistrement, par exemple). Une horloge permet une recherche
rapide et une lecture en temps réel des événements intéressants.
14
Déjà, les progrès informatiques laissent présager une analyse automatique des tracés
polygraphiques. Ces analyses existent pour le rythme respiratoire et le rythme cardiaque, les
enregistrements de sommeils normaux d'adultes; elles ne sont pas encore tout à fait au point
pour l'étude du sommeil de l'enfant.
Ces enregistrements polygraphiques de sommeil ont permis de connaître parfaitement notre
sommeil d'adulte normal, puis progressivement d'adulte malade: malade de trop ou de ne pas
assez dormir, souffrant de pauses respiratoires (apnées) au cours du sommeil, ou de maladies
neurologiques dont les symptômes sont masqués le jour et n'apparaissent qu'au cours du
sommeil.
Depuis 1968, toutes ces études diniques et EEG de sommeil ont abouti à une classification et
une codification internationales des états de vigilance en fonction des différents stades des
tracés électriques d'encéphalogrammes.
11. Ce qu'il faut retenir
Nos fonctions biologiques et notre rythme veille sommeil, synchronisés sur 24 heures avec
l'alternance du jour et de la nuit, ont, en fait, une périodicité innée de 25 heures environ,
dépendant de deux horloges biologiques internes principales.
De la bonne harmonie de ces deux horloges dépen dront la qualité de notre sommeil nocturne
et celle de notre vigilance diurne.
L'horloge qui règle les plus importantes de nos fonctions biologiques (température, fréquence
cardiaque et respiratoire, tension artérielle, sécrétion de cortisol) est modulée par les donneurs
de temps. Mais elle a un fonctionnement assez indépendant de ceux-ci. Elle a un caractère
endogène prépondérant. Elle aura donc une inertie importante, s'adaptera lentement, sur
plusieurs semaines, aux modifications brutales de l'environnement.
L'autre horloge, régulant notre rythme veille-sommeil, est beaucoup plus dépendante des
donneurs de temps, en particulier des facteurs sociaux. Elle est, de ce fait, beaucoup plus
labile et s'adaptera donc vite aux modifications, même brutales, de l'environnement. Elle sera
aussi beaucoup plus fragile et se déréglera facilement en l'absence de donneurs de temps.
Nos rythmes veille-sommeil pourront être à contre temps de nos principaux rythmes
biologiques. Il en résultera une sensation de malaise, une fatigue importante, une impression
de n'être ni réveillé, ni endormi. On parle de désynchronisation interne, syndrome dont on ne
connaît pas encore toutes les conséquences.
Etre à contretemps de l'alternance du jour et de la nuit. Notre sommeil nocturne sera troublé,
notre vigilance diurne perturbée.
15
- II - CHRONOBIOLOGIE ET FONCTION DIGESTIVES
Depuis leur découverte, les rythmes biologiques s'opposent à l'idée d'une stabilité du milieu
intérieur. Ils remettent en cause la validité de nombreuses méthodes expérimentales.
L'homéostasie n'est plus un principe général et universel. Les rythmes ont une origine
endogène, liée aux propriétés des systèmes biologiques et aux particularités génétiques des
êtres vivants.
L'organisme humain utilise en permanence des substrats énergétiques pour maintenir ses
fonctions vitales alors que la fourniture de ces substrats par l'alimentation est périodique. De
ce fait, l'organisme a développé des processus d'adaptation permettant le stockage de l'énergie
absorbée en excès pendant les repas et sa libération durant les périodes inter-prandiales.
Dans les pays développés, la période de jeûne, pour la majorité de la population, ne dépasse
pas les 12 heures de jeûne nocturne. Néanmoins, cette période d'abondance alimentaire est
extrêmement récente dans l'histoire de l'humanité. Un organisme animal ou humain, en
fonction du programme génétique de son espèce, atteint à l'âge adulte une taille et un poids
corporel qui demeurent approximativement stables. De même la composition corporelle est
grossièrement identique chez tous les adultes de l'espèce. Ces constantes impliquent
l'existence d'une double régulation fondamentale, celle du bilan des entrées et dépenses
énergétiques, celle du bilan des entrées et pertes spécifiques de matières dont l'organisme est
construit.
Les possibilités d'adaptation des dépenses et des pertes de matières étant très limitées,
l'effecteur principal de la régulation est évidemment la prise alimentaire. L'étude des
phénomènes alimentaires devra donc rendre compte de la sélection et de l'ingestion en
quantités appropriées des " aliments " c'est-à-dire des substances qui sont sources d'énergie,
sources de matériaux de structure et encore sources d'éléments indispensables à la
transformation des dites substances en produits que l'organisme peut utiliser. La première
étape de la nutrition est la recherche, la sélection, l'ingestion active des aliments. Dans toutes
les espèces, la prise alimentaire est un phénomène discontinu qui permet malgré des dépenses,
certes variables mais cependant continuelles, l'accomplissement d'autres comportements, le
repos et la survie en cas de disette. Dans un environnement hétérogène, l'homéostasie est
rendue possible par l'existence de réserves qui, pour remplir leur rôle, doivent être maintenues
relativement constantes.
Périodiquement, le comportement alimentaire est activé et une réserve de petite dimension
(dimension du repas), en fait externe, est constituée. Son utilisation, après digestion et
absorption, dépend des dépenses courantes de l'organisme mais surtout elle est modulée par la
mobilisation ou la restauration nécessaires des réserves internes (réserves glycogéniques
quantitativement peu importantes et réserves adipeuses).
1. Cycle d'alimentation et de repos digestif : La régulation du métabolisme nutritif au
cours des différents états nutritionnels chez l'homme
On définit trois états successifs en physiologie de la nutrition :
- l'état nourri correspond à la période pendant laquelle des nutriments ingérés arrivent du tube
digestif dans la circulation. Selon le type de nutriments, il dure entre 3 et 8 heures après un
repas ;
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- l'état post-absorptif correspond aux 12 à 18 heures suivant l'état nourri, c'est-à-dire en
pratique le matin à jeun ;
- Il est suivi par le jeûne, soit court (2 à 3 jours), soit prolongé (supérieur à 3 jours).
A l'état post-absorptif, la synthèse, la protéolyse et l'oxydation sont à leur niveau basal, la
protéolyse étant légèrement supérieure à la synthèse et l'organisme étant donc en bilan négatif.
Ce niveau basal de renouvellement protéique dépend des apports protéiques des jours
précédents, il est accéléré en cas d'apports importants, réduit en cas d'apports faibles. Au
niveau tissulaire, dans cette circonstance, le muscle est un producteur net d'acides aminés en
quantité modérée.
Lors d'un repas (état nourri) : par des mécanismes liés à la fois à l'apport en substrats et à
l'hyper-insulinisme, l'organisme est alors en bilan positif. L'oxydation des acides aminés dans
le muscle (pour les acides aminés branchés) et surtout dans le foie, augmente massivement ce
qui correspond à un azote urinaire élevé. Cette augmentation est proportionnelle aux apports
protéiques et correspond pour l'organisme à un moyen d'éliminer les acides aminés
excédentaires, le but recherché étant l'obtention à la fin d'un nycthémère (état nourri + état
post-absorptif) d'un bilan azoté neutre. Ceci explique l'impossibilité d'augmenter la masse
protéique de l'organisme par simple augmentation des apports protéiques. En ce qui concerne
la synthèse et la protéolyse, le gain protéique est obtenu au niveau du foie, essentiellement par
réduction de la protéolyse et au niveau du muscle (qui à l'état nourri stocke des acides aminés)
par augmentation de la synthèse protéique, au moins chez l'animal jeune en croissance. Au
niveau du corps entier, les données restent plus controversées : il existe indiscutablement une
réduction de la protéolyse globale au moment du repas et peut-être une augmentation modérée
de synthèse.
L'organisme repasse ensuite à l'état post-absorptif puis au jeûne court : de multiples
modifications hormonales (diminution de l'insulinémie) et des métabolismes (augmentation
de la néoglucogenèse, de la lipolyse puis de la cétogenèse) vont survenir. Lors du jeûne court,
le bilan azoté est initialement fortement négatif avec des pertes azotées importantes. A cette
phase, la protéolyse est élevée, le muscle fournissant des acides aminés pour la
néoglucogénèse et la synthèse protéique diminue lentement.
Au cours du jeune long, l'excrétion azotée va diminuer pour se stabiliser aux environs de
50 mg/kg.jour, ce qui constitue les pertes azotées obligatoires. La protéolyse reste bien sûr
supérieure à la synthèse (d'où le bilan négatif) mais, globalement le renouvellement protéique
tend à diminuer avec des valeurs de protéolyse qui sont rapidement inférieures à ce qu'elles
sont à l'état post-absorptif. Cette épargne azotée relative, permettant de minimiser la réduction
de la masse protéique, est un mécanisme essentiel de défense au cours du jeûne chez l'homme
et les mammifères. Il permet une survie prolongée de 40 à 60 jours, le décès survenant lorsque
la masse protéique descend en dessous d'une valeur que l'on peut estimer à 50-60 % de la
masse initiale. Le mécanisme d'épargne azotée relative reste inconnu, il ne semble pas
hormonal, mais dépendrait plutôt des substrats énergétiques privilégiés au cours du jeûne que
sont les acides gras et les corps cétoniques.
17
2. A quel moment le signal hypoglycémique est déclenché par l'acte alimentaire chez le
sujet en conditions stables ayant continuellement des aliments à disposition ?
Une expérimentation a permis de montrer que tous les repas spontanés sont précédés d'une
chute de la glycémie. Cette baisse progressive commence 5 à 6 min. avant le début de
l'ingestion et se poursuit pendant environ 3 min. après ; elle est suivie de l'hyperglycémie
post-ingestive. Une réplique des précédents travaux réalisée aux États-Unis en 1985 a
confirmé l'existence de cette hypoglycémie pré-prandiale et le même phénomène a été mis en
évidence chez le sujet humain, privé de ses repères horaires, qui demande spontanément son
repas. Ainsi, une corrélation temporelle était établie entre un événement métabolique et un
événement alimentaire : chez le sujet omnivore (dont le régime est en fait majoritairement
glucidique) nourri ad libitum, non perturbé, tout repas spontané suit une hypoglycémie et
toute hypoglycémie de ce type précède un repas. En absence d'aliments le phénomène préprandial a lieu. Cette hypoglycémie est alors rapidement, mais momentanément, corrigée (20
min. environ), puis une seconde hypoglycémie, moins bien corrigée que la première, apparaît
et entraîne un repas si les aliments sont disponibles. De la même façon, il a été montré que
toute intervention qui prévient la chute pré-prandiale de la glycémie retarde le repas. Celui-ci
n'intervient que lorsque la glycémie baisse à nouveau. Qu'une légère glucopénie joue un rôle
comme signal de " faim " déclenchant la prise alimentaire n'est plus une hypothèse. Cette "
théorie glucostatique " est expérimentalement prouvée par l'ensemble des travaux qui ont
établi qu'un manque de disponibilité en glucose - et non en métabolites énergétiques en
général - pour les tissus déclenche la prise alimentaire. à Le dernier repas avant une
compétition importante doit donc se faire au minimum 3 heures auparavant. Un apport
glucidique trop important avant une compétition peu apporter une hypoglycémie prononcée
néfaste pour la performance.
3. La fonction digestive et l'exercice ; regard sur les boissons d'effort
Vidange gastrique et exercice La vidange gastrique et donc la digestion sont nettement
diminuées lors de l'exercice intense (70% à 80% de VO2max). Même un exercice modéré
après un repas léger diminue la vidange et réduit les sécrétions gastriques. Des exercices
moins intenses comme la marche accélèrent au contraire la vidange gastrique et ne diminuent
pas les sécrétions. Les études confirment que seuls les exercices intenses gênent la vidange
gastrique.
Pour des efforts moins difficiles, la vidange gastrique ne semble guère différente de celle du
repos. Absorption intestinale et exercice L'absorption intestinale est retardée lorsqu'on
s'alimente pendant un exercice d'endurance. En effet, la plupart des solutions glucidiques
doivent stagner quelques instants dans l'estomac pour pouvoir être mélangés aux sécrétions
gastriques.
Pendant ce temps, les liquides sont absorbés par l'intestin grêle. L'absorption intestinale à
l'exercice peut être perturbée par beaucoup de paramètres comme le type d'exercice réalisé, la
température ambiante, la présentation des aliments. Les boissons de l'effort Les solutions
glucidiques quittent plus lentement l'estomac que l'eau ou une solution faiblement concentrée
de chlorure de sodium.
On a montré que le contenu calorique et la concentration sont des facteurs essentiels de la
vitesse de vidange gastrique et de l'absorption intestinale. Les solutions les plus riches (les
plus sucrées) restent plus longtemps dans l'estomac. Les boissons concentrées à moins de 2.5g
de sucre pour 100ml d'eau passent très vite au niveau de l'estomac mais ces concentrations
n'ont que peu d'effet sur les réserves énergétiques du corps.
18
Seules les boissons concentrées à plus de 12g de glucose pour 100ml d'eau apportent l'énergie
nécessaire à l'exercice mais ces boissons causent des sensations inconfortables car le mélange
stagne plus longtemps dans l'estomac.
Lors d'un stress extrême comme l'exercice en ambiance chaude (supérieur à une heure), l'eau
est la boisson la plus demandée. Une bonne solution peut être d'y ajouter des glucides.
L'adjonction de 4 à 8g de glucides pour 100ml d'eau ne doit pas compromettre le passage de
l'eau à travers les différents tissus.
Boire 100 à 150 ml de celle solution toutes les 15 minutes doit réduire le risque
déshydratation et d'hyperthermie, tout en apportant un supplément d'énergie.
3.1 Variation du temps de digestion des lipides
- Les LIPIDES : Il est à noter que leur présence dans l'alimentation ralentit la vidange
gastrique. Une partie de ces lipides arrive au foie sous forme de phospholipides par le système
porte, le reste, principalement des triglycérides, arrive par le canal thoracique sous forme de
lipoprotéines particulières : les chylomicrons. Après hydrolyse des triglycérides libérés, ces
AGNE pourront avoir différents devenirs :
- incorporation à des lipoprotéines pour être libérés dans le sang ;
- oxydation en Acétyl CoA qui pourra, soit être totalement oxydé dans le cycle de Krebs, soit
être transformé en corps cétoniques. Les substrats arrivant aux tissus pourront être soit oxydés
soit stockés. Au cours de la période postprandiale, le métabolisme des substrats est orienté,
chez le sujet au repos, vers leur stockage. Les formes de réserve d'énergie de l'organisme sont
le glycogène et les triglycérides. Le métabolisme du glucose après un repas va nous fournir un
exemple des mécanismes adaptatifs mis en jeu au cours de cette période. à Il est donc
important de limiter la prise de lipides avant une compétition ou une pratique sportive
intensive car cela limite la vidange gastrique donc diminue la performance sportive.
3.2 Relation entre taille des repas et fréquence de prise alimentaire
L'étude des relations entre taille du repas et durée de la satiété post-prandiale chez le sujet en
alimentation spontanée démontre que la stimulation à manger et sa fréquence dépendent de la
vitesse d'utilisation, de repas à repas, du glucose absorbé. Cette vitesse est modulée par
l'utilisation des autres métabolites énergétiques apportés par le repas ; elle est aussi modulée
par le retrait ou l'apport au pool général des métabolites respectivement utilisés à la
constitution de réserves ou en provenant. Û En résumé, il semble que le signal interne dit " de
faim " qui déclenche le comportement alimentaire soit un phénomène glucopénique discret,
induit par l'épuisement imminent de la réserve gastro-intestinale, auquel des cellules
nerveuses centrales hypothalamiques participant à l'élaboration de ce comportement sont
sensibles. Dans cet état métabolique le sujet " se dirige " vers ce qui peut être un aliment en
prend connaissance et le reconnaît grâce à l'analyseur sensoriel périphérique. N.B. : Les
résultats des différentes expériences sur les rythmes biologiques ont démontrés que le rythme
spontané de la principale prise alimentaire se situe avant la période de sommeil.
3.3 Les rythmes annuels
Les facteurs de variabilité de la dépense énergétique sur l'ensemble de la vie : Évaluation de la
dépense énergétique et des besoins énergétiques en fonction de l'âge : La dépense énergétique
totale évolue en fonction de l'âge, et par conséquent les besoins énergétiques sont fonction de
l'âge des sujets.
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Les besoins énergétiques optimaux sont définis comme l'apport alimentaire nécessaire au
maintien de la santé, à la croissance des enfants et à un niveau d'activité physique approprié.
Ces besoins sont environ de 120 kcal/kg x jour chez l'enfant prématuré, de 100 kcal/kg x jour
pendant la première année de vie, de 80 kcal/kg x jour à 10 ans, et de 45 kcal/kg x jour dès
l'âge de 20 ans. Ces différences de besoins énergétiques sont dues en majeure partie à des
différences d'activité physique et, pour le nouveau-né, au coût énergétique de la croissance.
Le coût énergétique de la croissance représente environ 50 % de l'énergie ingérée pour
l'enfant prématuré, mais cette proportion diminue beaucoup dès la première année de vie. Le
coût énergétique de la croissance inclut deux composantes : la valeur énergétique des tissus
gagnés (énergie déposée) et le coût énergétique de la synthèse des constituants des tissus.
Chez les jeunes enfants, le coût énergétique global de la croissance est environ de 5 kcal par
gramme de tissu gagné. Un prématuré peut gagner 12 g/kg x jour, ce qui correspond à un coût
de la croissance de 60 kcal, soit 50% de l'apport ingéré (120 kcal/kg x jour).
Variabilité interindividuelle de la dépense énergétique chez l'adulte : Le facteur qui permet de
prédire le mieux la dépense d'énergie de 24 heures est la masse de tissus maigres ; ce facteur
explique 80 % de la variance entre les individus. Le reste de la variance est principalement dû
à des différences d'activité physique spontanée. En outre, il existe des différences de
thermogenèse postprandiale, les sujets obèses ayant une résistance à l'insuline présentent une
thermogenèse diminuée. Il est intéressant de relever que la variance résiduelle (non expliquée
par la masse de tissus maigres) du métabolisme basal est en grande partie d'origine génétique,
comme le montre des études sur la dépendance familiale du métabolisme basal et la faible
variabilité du métabolisme basal entre jumeaux homozygotes.
Ces données montrent que l'efficacité énergétique des processus métaboliques est en partie
déterminée génétiquement. Des sujets dont le métabolisme basal (ajusté pour la masse de
tissus maigres, l'âge et le sexe) est relativement bas présenteraient un risque accru de prise
pondérale par rapport à des sujets dont le métabolisme basal est plus élevé. Ainsi, une
efficacité énergétique augmentée, une caractéristique métabolique qui a pu être l'objet de
sélection naturelle au cours des millénaires, représente aujourd'hui un facteur de risque pour le
développement de l'obésité.
3.4 Fluctuation des réserves énergétiques de l'adulte
Le maintien d'une glycémie à un niveau minimum de 2,5 mmol.l (0,45 g/l) est indispensable
au fonctionnement cérébral. Les réserves de glucose circulant sont quasi-nulles. Les réserves
de glycogène sont épuisées dans le foie en moins de 24 h de jeûne et, dans le muscle, en
quelques jours (noter que le glycogène musculaire est disponible exclusivement pour le
fonctionnement du muscle, il ne peut fournir directement de glucose à la circulation du fait de
l'absence dans ce tissu de glucose6 phosphatase). Cependant, le pyruvate et surtout le lactate
fournis par la glycolyse musculaire peuvent passer dans le sang et alimenter la
néoglucogenèse hépatique (cycle de CORI). Ainsi, la glycogénolyse musculaire peut
participer indirectement au maintien de la glycémie. C'est essentiellement l'augmentation de la
néoglucogenèse par le foie qui va dans un premier temps maintenir la glycémie. Avant de
décrire ces adaptations métaboliques, il est important de préciser comment sont mesurés les
flux de substrats énergétiques. Dans les heures qui suivent cette période post-absorptive, la
glycogénolyse va être à son niveau d'activité maximum, si bien que 24 h après le dernier
repas, le glycogène hépatique est totalement épuisé. Tableau I Consommation de glucose par
l'organisme Tissus g/24h au reposdurée du jeûne= 12h g/h effort maximum
CerveauMuscleReinSang 120303034 53001,61,5 Total 214 308 à Un apport conséquent de
glucose (au minimum toutes les 8 heures) est indispensable tout au long de la journée afin de
prévenir les demandes importantes du cerveau et du muscle.
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3.5 Variation du flux lipidique au cours de la nuit (jeûne de 12h)
A l'état post-absorptif (le matin à jeun) environ 60 % de l'énergie non protidique est fournie
par l'oxydation des glucides et 40 % par l'oxydation lipidique. Le tissu adipeux blanc dans
lequel l'énergie est stockée sous forme de triglycérides, libère son énergie sous forme d'AGNE
et de glycérol, ce dernier étant un substrat de la néoglucogenèse. à Pratiquer une activité
physique le matin à jeun permet au sportif d'habituer son corps à puiser dans les réserves
lipidiques idéal pour les sports d'endurances.
3.6 Variation du flux d'acides aminées au cours de la nuit (jeûne de 12h)
Le " turnover ", le débit de renouvellement des protéines in vivo chez l'homme normal est
d'environ 200-300 g/J. Ce turnover est en fait très variable d'un tissu à l'autre et d'une protéine
à l'autre. Certaines protéines, certains tissus sont renouvelés en moins de 48 h, d'autres en
plusieurs semaines. Il y a donc une relative importance du rythme des apports en acides
aminées lorsque le sportif désir prendre de la masse musculaire.
Au cours du jeûne, les réserves protéiques de l'organisme vont surtout être mobilisées à partir
du muscle. La protéolyse musculaire bien entendu libère les 20 acides aminés constitutifs des
protéines mais, du fait de leur métabolisme intramusculaire, 80 % des acides aminés libérés
par le muscle sont représentés par l'alanine et la glutamine. Notons que la production
musculaire d'alanine est bien supérieure à la proportion de cet acide aminé dans les protéines
musculaires du fait de la trans-amination du pyruvate qui donne de l'alanine (cycle de FEUS).
Néanmoins, au cours du jeûne, la concentration plasmatique de ces acides aminés ne se
modifie pas car ces acides aminés vont être plus utilisés par le foie (néoglucogenèse) et le
tube digestif. Par contre, au cours du jeûne, on note une augmentation des acides aminés
branchés, leucine, isoleucine et valine, du fait d'une diminution de leur utilisation
périphérique.
4. Conclusion
La découverte des rythmes biologiques est un évènement d'une extrême importance et nôtre
médecine moderne, soi-disant scientifique, ne l'est pas : négliger les rythmes des êtres vivants,
c'est parler de la mer et oublier ses marées, ses courants et ses vagues. C'est voir la position
moyenne verticale du balancier de l'horloge et ignorer son mouvement de va et de vient.
L'importance des rythmes est évidente pour les décalages horaires, le travail de nuit, les
rythmes scolaires, le sommeil et l'alimentation… Mais ces rythmes biologiques conduisent à
une réflexion beaucoup plus profonde. Tous ces phénomènes devraient conduire au chaos, et
non à la vie. A partir d'un tel enchevêtrement de rythmes et de pulsations, comment la vie estelle possible ? Quels sont les dynamismes qui ordonnent cette multiplicité rythmique et font
de chaque cellule et de chaque être vivant un microcosme ?
Capacités des adaptations chronobiologiques aux contraintes de la Course au large.
Des enseignements applicables aussi à terre.
21
- III - Etude du docteur Jean Yves Chauve
En mer, ces hommes sont soumis à des contraintes de durée que l'on ne rencontre nulle part
ailleurs. En effet, les compétitions se déroulent sans arrêt plusieurs jours, plusieurs semaines,
voire plusieurs mois. Pendant tout ce temps, il faut foncer, barrer, manœuvrer, régler,
surveiller, étudier la meilleure option. Ainsi l'activité à bord est soumise aux exigences du
bateau et malgré le bruit incessant, les mouvements violents, l'humidité permanente, il faut
vivre, dormir et se nourrir.
La gestion des rythmes de sommeil est, dans ce contexte, primordiale et a fait l'objet de
nombreux travaux.
1. Campagne de travaux pendant la Course en Solitaire du Figaro .
Nous avons ces travaux en collaboration avec le Dr Pierre Yves GUILLEMOT (CHU Nantes
Pr GINET ), l'Institut VIELIFE1 [1] , sous la responsabilité scientifique du Pr ARBUS et du Dr
TIBERGE de l'unité de sommeil du CHU de Toulouse-Rangueil.
Pour avoir une appréciation la plus exacte possible de l'activité cérébrale d'un navigateur
solitaire qui dans ce type de course ne dort en moyenne que 220 minutes sur 4 jours de course
( questionnaire réalisé sur l'ensemble des coureurs en 1989 et 1990), nous avons effectué un
enregistrement électro-encéphalographique permanent dans les conditions réelles de course. 5
électrodes la première année puis 9 électrodes l'année suivante, étaient implantées par collage
sur le cuir chevelu des coureurs quelques heures avant le départ de chacune des étapes de la
Course en Solitaire du Figaro. Ces électrodes étaient reliées à un enregistreur Holter de la
taille d'un gros baladeur qui était fixé au niveau de l'abdomen ou de la hanche.
Cet "équipement" était porté en permanence pendant l'étape c'est à dire 3 ou 4 jours de
chacune des étapes et si possible pendant les 2 jours de récupération à terre. En outre pendant
cette phase d'enregistrement le coureur devait changer cassette et piles toutes les 24 heures.
Une expérimentation aussi lourde n'avait jamais encore été réalisée dans les conditions réelles
de la vie en mer, pendant une course aussi dure et aussi prestigieuse que la solitaire du Figaro.
L'étude électro-encéphalographique a permis d'obtenir des résultats précis et objectifs sur le
sommeil réel des coureurs. Malgré des conditions techniques de terrain extrêmement
difficiles, ces enregistrements ont pu mettre en évidence que quand il manquait de sommeil, le
navigateur solitaire dormait en sommeil polyphasique, c'est à dire par périodes courtes de
sommeil entrecoupées de phases d'éveil.
Ces périodes réduites dans la plupart des cas à 20 minutes, permettent malgré tout d'obtenir
une bonne récupération avec un cycle de sommeil comprenant tous les stades importants.
La mise en évidence de phases de Sommeil Lent Profond et de phases de Sommeil Paradoxal
(ou phase de rêves) sur cette période courte suivie d'un réveil spontané prouve l'efficacité
réelle de ce type de sommeil ultracourt et les possibilités étonnantes d'adaptation de
l'organisme humain.
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VIELIFE 10 avenue Desaix
78600 MAISONS-LAFFITTE
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Nous avons constaté également que cette efficacité était accentuée chez les coureurs qui
prenaient en compte les rythmes circadiens et ultradiens d'activité et de repos de l'organisme.
Ainsi les périodes de sommeil comprenant des phases de Sommeil Lent Profond se situaient
préférentiellement en fin de nuit et en début d'après-midi.
Une telle adaptation est obtenue naturellement en 1 à 3 jours selon les individus, elle est
favorisée par le manque de sommeil, par l'application des techniques de relaxation qui
favorisent le raccourcissement des périodes d'endormissement, et par le choix judicieux des
périodes de sommeil selon les prédispositions physiologiques du moment.
Ainsi, le coureur, isolé dans un milieu hostile, retrouve instinctivement le sommeil de ses
ancêtres préhistoriques qui, exposés aux prédateurs de toutes sortes, devaient impérativement
se réveiller de temps en temps pour surveiller les alentours.
2. Travaux sur la vigilance : Course en Solitaire du Figaro, British Steel Challenge,
Vendée-Globe.
Le but de ces travaux était de mettre en évidence les périodes ou l'altération de la vigilance est
maximale au cours de différents types de courses.
Les tests de vigilance consistaient à observer et à mémoriser des images apparaissant sur
l'écran d'un ordinateur portable ou de l'ordinateur de bord.
Ainsi parmi des mains défilant dans différentes positions sur l'écran, il fallait reconnaître une
droite d'une gauche. De même, parmi des disques distincts les uns des autres, il fallait
retrouver le dernier apparu sur l'écran. Chaque test, d'une durée moyenne de trois minutes,
était complété par un questionnaire sur la durée et la qualité du sommeil préalable, sur les
conditions météorologiques, etc...
La valeur du score du test réalisé, comparé au score d'un test-référence était l'élément
d'évaluation instantané du niveau d'altération de la vigilance.
Ces tests permettaient de quantifier un phénomène sournois et par définition difficilement
mesurable subjectivement.
Ainsi, conscients de leur déficit, les coureurs pouvaient différer des manœuvres qui, dans ces
conditions, les exposaient inconsidérément.
Un dépouillement après la course a permis de mettre en évidence les moments et les causes
d'altération et d'en tirer les enseignements nécessaires à chacun pour y remédier.
Chaque test étant mis en mémoire, il était facile de les exploiter ensuite à terre pour définir les
évolutions du profil de la vigilance face aux sollicitations de la compétition.
Les types de navigation très différentes, navigation hauturière et régate pendant 3 jours,
navigation en équipage d'un mois et demi, navigation en solitaire de 4 mois, ont permis
d'étudier très précisément les questions posées par des organisations de vie à bord très
différentes les unes des autres:
- dans le Course en Solitaire du Figaro, quelle est la durée et la répartition des périodes de
sommeil qui permet de rester le plus vigilant ?
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- dans la British Steel Challenge, ou 10 bateaux identiques s'affrontaient autour du monde par
étapes de 45 jours, chaque équipage a adopté une organisation différente de I'activité à bord.
Quelle est l'organisation la plus efficace pour maintenir une bonne cohésion de l'équipage et
limiter les pertes de vigilance individuelles ?
- dans le Vendée Globe Challenge, les solitaires ont dû impérativement gérer leur fatigue
pendant 4 mois. Quelle est la durée de sommeil quotidienne minimale et quelle est sa
répartition idéale ? Comment gérer les conditions extrêmes du Grand Sud ou une vigilance de
tous les instants est nécessaire ?
Ces tests ont confirmé que la prise en compte des rythmes chronobiologiques individuels et
généraux limitait les perturbations de la vigilance par une induction plus rapide du sommeil et
par un sommeil de meilleure qualité.
Les conséquences principales étant :
- une meilleure performance à la fois physique et intellectuelle;
- un meilleur équilibre psychique, ce qui dans le cas d'un équipage peut être essentiel;
- une sécurité accrue notamment face aux risques d'accidents pendant les manœuvres ou face
au risque de chute à la mer.
3. Travaux appliqués pendant le record du Tour du Monde de Bruno PEYRON. La
chronobiologie dans la course en haute mer:
Ces études précédentes démontrant qu'une période courte de sommeil est d'autant plus
récupératrice qu'elle s'insère harmonieusement dans les rythmes d'activité spontanés de
l'organisme, il était intéressant de proposer une organisation de bord prenant en compte cette
rythmicité chronobiologique.
C'est ainsi que nous avons proposé à Bruno PEYRON et à ses 4 équipiers une organisation
des quarts originale. Le principe de base reposant sur une répartition régulière et immuable
des périodes d'activité et de repos de chacun.
La journée à bord de "COMMODORE EXPLORER" était divisée en 2 périodes de 3 heures
30 la nuit et en 4 périodes de 4 heures le jour. La journée était donc établie sur 23 heures car
autour de l'Antarctique, la vitesse du Catamaran permettait de gagner tous les jours environ 1
heure sur le soleil.
Dans l'Atlantique, la route parallèle au fuseau horaire ménageait une 24ème heure réservée à
la convivialité, qui ne manquait pas avec un équipage ou l'amitié fut un des moteurs de
l'exploit.
Chaque quart assurait successivement chacune des périodes. La composition des 2 quarts de 2
équipiers a été faite selon les complémentarités techniques mais aussi selon le profil
chronobiologique de chacun intégrant notamment la notion de sujets dits " du soir" et de
sujets dits " du matin".
Chacune des périodes de repos était divisée en 2 demi périodes. Chaque demi période dite de
"réveil interdit" étant attribuée définitivement avant le départ à chaque équipier du quart au
repos qui disposait par conséquent de trois périodes de sommeil par jour d'environ 2 heures
lui permettant ainsi de dormir sans l'angoisse du réveil brutal et traumatisant, sauf cas de force
majeure. L'autre équipier de repos pouvait être disponible si nécessaire pendant cette demi
24
période, sa disponibilité pendant sa période de repos n'entamant pas son capital de sommeil.
Pendant la demi période suivante, la priorité de repos et de disponibilité était échangée entre
ces équipiers.
Ainsi chacun était sûr de pouvoir dormir près de 6 h par jour, ce qui dans ces conditions,
permettait une récupération suffisante.
Quant à Bruno PEYRON, ses périodes de sommeil se répartissaient en 2 fois 2 heures la nuit
et une fois 2 heures en début d'après midi, c'est à dire aux périodes les plus proches du rythme
physiologique de sommeil.
Ainsi, les deux quarts se succédaient régulièrement tout en restant en phase avec l'alternance
du jour et de la nuit. Cette régularité par rapport aux synchroniseurs externes comme le soleil
s'est avérée essentielle, induisant spontanément les périodes de sommeil répétées avec la
même ponctualité chronobiologique tout au long du voyage.
Le temps d'endormissement et la qualité du sommeil furent nettement améliorés, une fois
l'horloge interne de chacun calée sur ses repères horaires spécifiques. De plus il n'y eu
pratiquement ni accident corporel ni difficultés relationnelles qui sont les stigmates initiaux en
bateau de l'altération de la vigilance et de la fatigue par privation de sommeil.
Une telle organisation est très différente de celle pratiquée habituellement car dans un esprit
d'équité, on préfère l'organisation par quarts dits "tournants" dans lesquels les horaires de
travail et de repos changent chaque jour. Ainsi, chacun subit un décalage horaire permanent
accentuant les pertes de vigilance maximales au petit matin, moment où les besoins de
sommeil génèrent des phases d'endormissements involontaires extrêmement dangereuses.
C'est d'ailleurs à cette période que la plupart des accidents surviennent car cette altération de
la vigilance est le corollaire de la phase de repos physiologique circadienne à laquelle
correspond, entre autres, un minimum thermique.
4. Application de ces notions pendant la "Route de l'Or" (Janvier-Février 1998) avec
l'équipage d'Isabelle AUTISSIER.
Pour l'équipage de PRB, un enregistrement polygraphique à été réalisé à terre sur chacun des
équipiers2 . C'est à partir des profils quantitatifs et chronobiologiques de chacun des équipiers
et des souhaits de l'équipage que l'organisation quotidienne des périodes d'activité et de repos
a été mise au point.
L'expérience préalable réalisée avec Bruno PEYRON a été bien entendu fondamentale.
Les équipiers ont des périodes régulières d'activité et de repos. Ceux "du soir" sont en activité
en première partie de nuit tandis que ceux du matin sont en activité en 2eme partie de nuit.
Ceux qui ont moins besoin de sommeil ont une durée de récupération nocturne moins
importante.
Selon la volonté de l'équipage, les quarts se chevauchent pour amener un équipier "frais et
reposé" toutes les heures et demie.
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Enregistrements effectués à l'unité de Sommeil de l'Hôtel-Dieu par le Dr Damien LEGER. L'ensemble
des travaux et des protocoles proposés à Isabelle Autissier et à son équipage ont été réalisés en
collaboration avec le Dr Damien LEGER.
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Enfin, la répartition des repas tout en restant assez classique tente de concilier la
chronobiologie, les rythmes de chacun pendant la course3 , et la convivialité.
5. Intérêt de ces travaux pour des populations soumises à des contraintes de
désynchronisation de l'activité :
5.1 dans le monde de la mer
Une organisation de ce type, intégrant les notions de chronobiologie peut facilement être
applicable par l'ensemble des marins en tenant compte toutefois des particularités de leur
activité:
- Plaisanciers naviguant sans escale pendant plusieurs jours ou plusieurs semaines.
- Marins Pêcheurs. Une étude électroencéphalographie identique à celle du Figaro est en
préparation afin de mieux cerner les contraintes de la pêche.
5.2 dans le monde de l'entreprise
Le travail en horaires coupés, les horaires variables, le travail de nuit, le travail par quarts sont
des contraintes très semblables à celles subies par le navigateur. Mal gérées, elles sont
souvent catastrophiques quand elles touchent des activités à hauts risques.
On a constaté que plus de 65 % des grandes catastrophes type Tchernobyl, Three Miles Island
ou même les catastrophes ferroviaires ont lieu entre minuit et 6 heures du matin, moments ou
la contradiction entre les besoins physiologiques de sommeil et la nécessité de l'éveil se
traduit par une perte de vigilance entraînant une baisse des capacités visuelles, une mauvaise
intégration des signaux ou des données, une perte des performances intellectuelles, un
ralentissement des temps de réaction.
Combattre cette altération de la vigilance en proposant des périodes de récupération courtes
est possible. Les coureurs l'ont démontré.
L'efficacité de ces périodes de récupération étant directement liée à leur insertion correcte
dans les rythmes circadiens4 et ultradiens5 de l'activité physiologique individuelle.
La relation entre l'homme et les rythmes biologiques individuels et environnementaux est une
notion encore très nouvelle mais qui, nous l'avons montré, joue un rôle essentiel dans
l'adaptation de l'homme à un environnement contraignant à la fois pour sa performance, sa
sécurité et sa qualité de vie.
3
Il est important de manger avant d'aller se coucher plutôt que de manger au réveil. En effet, le temps
nécessaire à l'assimilation des aliments va nécessiter une latence d'environ 2 heures, pour que les
calories ingérées soient directement utilisables au niveau du muscle. Si le repas est pris au début du
quart, l'apport d'énergie ne sera disponible qu'en fin de quart, c'est à dire au moment d'aller dormir. De
plus la digestion nécessite des calories qui seront soustraites de celles utilisées pendant cette période
d'activité.
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Rythme circadien : Un grand nombre de fonctions biologiques (température, sécrétions hormonales,
fonctions neurovégétatives) se synchronisent sur l'alternance jour-nuit et donc sur une périodicité
proche de 24 heures. Dans cette rythmicité, on met en évidence 2 phases plus favorables au sommeil,
une au voisinage du minimum thermique (c'est à dire en deuxième partie de nuit), l'autre en milieu de
journée (ce qui correspond au moment de la sieste)
5
Rythme ultradien : on a pu constater qu'il existe des "portes d'entrée" du sommeil réparties de façon
régulière tout au long de la journée selon une périodicité assez proche de celle des cycles de sommeil.
La détection personnelle de ces périodes de prédisposition au sommeil peut aider à choisir une
période de repos pleinement favorable au sommeil.
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- III - Quelles sont les variations neurophysiologiques explicatives du sommeil ?
Et quelles conséquences la pratique physique peut avoir sur le sommeil ?
Introduction :
Le sommeil occupe un tiers de notre vie et subit de grandes variations en fonction de l’âge
mais aussi lors de l’apparition d’éléments pathogènes (exemples : maladies,
surentraînements).
Nous allons dans un premier temps déterminer les variables neurophysiologiques explicatives
du sommeil, et ensuite tenter de trouver une corrélation entre activité sportive et modification
du sommeil.
Dés lors, nous pouvons nous poser deux questions :
Partie I
Il apparaît que la régulation éveil-sommeil est sous la dépendance de 2 systèmes antagonistes
: Un sous l’influence des catécholamines, l’autre sous l’influence de la sérotonine.
Au niveau de l’éveil :
On est éveillé parce que les neurones du Système Réticulaire Activateur Ascendant (situé
dans la partie médiane du tronc cérébral au niveau du mésencéphale) sont actifs et que
l’activité de ces neurones entraînent une désynchronisation corticale. Ceci est dû à
l’augmentation du taux d’acétylcholine qui déclenche un éveil cortical.
Au niveau du sommeil lent :
Le sommeil lent serait la conséquence d’une augmentation du taux de sérotonine dans les
noyaux du raphé, ce qui a pour effet d’inhiber le système Réticulaire Activateur Ascendant
qui entraîne la synchronisation corticale.
Variation des paramètres sanguins :
Le fait majeur est la production de l’hormone de croissance (Grow hormone) qui est liée aux
périodes de sommeil lent profond de début de nuit : elle assure le développement de
l’organisme, sa production ne cesse pas quand l’enfant grandit, elle se poursuit chez l’adulte,
régulière et abondante, elle s’atténue chez le vieillard.
Les pics de sécrétion de l’hormone de croissance pendant le stade 4 correspondent environ à
10 fois le taux de base. Certaines hypothèses supposent que l’hormone de croissance
stimulerait la synthèse des protéines cérébrales et que sa production faciliterait la récupération
qui caractérise le sommeil lent profond.
Grâce à l’utilisation de techniques poly graphiques associant l’enregistrement de
l’électroencéphalogramme (EEG), de l’électromyogramme (EMG) des muscles de la houppe
du menton, de l’électro-oculogramme (EOG), le sommeil a pu être réparti en sommeil lent et
sommeil paradoxal. Le sommeil lent comporte quatre stades EEG allant du sommeil lent léger
(stades 1 et 2) au sommeil lent profond (SLP) (stades 3 et 4). Le sommeil paradoxal (SP) est
défini par la survenue simultanée d’un tracé EEG ressemblant au stade 1, de mouvements
oculaires rapides et d’une abolition de l’EMG des muscles de la houppe du menton.
Le SLP (Sommeil Lent Profond) survient majoritairement en début de nuit pour décroître
voire disparaître dans les deux derniers cycles. Le sommeil paradoxal apparaît toutes les 90 à
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100 minutes avec une périodicité très stable, les durées de SP vont en s’allongeant de
quelques minutes pour la première phase jusqu’à 15 à 20 minutes pour les suivantes.
Chez un sujet jeune, les éveils sont peu nombreux et ne représentent que quelques minutes par
nuit, seuls les éveils de 3 minutes et plus seraient mémorisés.
Les facteurs modulants l’organisation du sommeil sont la durée du sommeil, la durée de la
veille préalable, le facteur circadien et l’influence de l’âge :
La quantité de SLP est indépendante (à âge égal) de la durée du sommeil, la quantité de
sommeil paradoxal est proportionnelle à la durée du sommeil. Les gros dormeurs ont plus de
sommeil léger et paradoxal que les petits dormeurs, par contre leur quantité de SLP est
identique.
La quantité de SLP dépend étroitement de la durée de la veille qui a précédé, elle est d’autant
plus grande que la durée de la veille préalable a été longue. Elle dépend pas du tout de
l’horaire du sommeil, en effet le SLP semble peu sensible au facteur circadien.
Les hormones :
Les hormones peuvent se classer en trois groupes :
- Celles dont la rythmicité circadienne est forte et peu influencé par le sommeil : l’ACTH
(acétylcholine) et le cortisol qui évoluent en parallèle avec un maximum de fin de nuit, la
mélatonine dont la sécrétion, faible dans la journée, augmente pendant la nuit.
- Celles dont la rythmicité est l’influence par les cycles veille sommeil : la prolactine
dont la sécrétion connaît une phase ascendante durant le sommeil, le décalage des heures de
sommeil entraînant un décalage de sa sécrétion ; l’insuline qui représente des oscillations de
sécrétion avec une périodicité de 80 minutes, augmente pendant le sommeil.
- Celles dont la sécrétion est influencée par les phases même du sommeil : l’hormone de
croissance dont la sécrétion est associée au sommeil lent du début de la nuit, la rénine dont les
oscillations reflètent exactement
Le sommeil paradoxal est lui très sensible à l’influence circadienne. Les siestes du matin sont
très riches en sommeil paradoxal alors que celles de l’après midi n’en continent pas. La
probabilité de survenue de sommeil paradoxal et maximale entre 6 heures du matin et midi.
Après 30 ans, il y a une diminution de la quantité de SLP et particulièrement du stade 4, les
éveils augmentent en nombre et en durée, le premier sommeil paradoxal est plus précoce et
dure plus longtemps, le coucher et le lever sont plus précoces.
De plus les rythmes circadiens, qui obéissent à la fois à un rythme endogène et à l’influence
de l’environnement et qui synchronisent le rythme autonome sur 24 heures, ont une certaine
influence sur le sommeil et son organisation.
La température :
La température centrale présente un maximum vers 16 heures et un minimum vers 4 heures du
matin avec une différence de 1°. Il existe un couplage entre le rythme veille sommeil et celui
de la température interne. La probabilité de sommeil est maximale quand la température
centrale atteint son minimum. La durée du sommeil est également très influencée par la
position du début du sommeil sur la partie descendante de la courbe thermiques.
Les durées les plus courtes de sommeil, de l’ordre de 5 heures, sont observés par des
endormissements autour du minimum thermique. Les entraînements tardifs effectués après 20
heures à éviter car en augmentant la température ils retardent le moment de l’endormissement.
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La proportion de sommeil paradoxal est aussi fonction de sa position sur la courbe thermique :
la maximum de sommeil paradoxal est observé autour du minimum thermique, le minimum
au maximum de la température. Autour du minimum thermique, les endormissements en
sommeil paradoxal sont fréquents (tendant à passer tout de suite en sommeil paradoxal).
Partie II
Nous avons vu précédemment que le sommeil est influencé par différents facteurs comme
l’âge, la veille préalable, les rythmes circadiens et la température, la vigilance, les
hormones….
Nous allons essayer d’analyser les rapports entre le sommeil et un autre de ces facteurs : le
sport (l’activité sportive physique) bien qu’il interagisse avec les autres facteurs.
Capacités physiques et psychomotrices durant la journée :
C’est en général très tôt, vers 4 heures du matin, que les performances physiques sont les plus
mauvaises. La performance athlétique est significativement meilleure l’après midi (les
meilleurs temps dans des épreuves chronométrées ont été obtenus vers 17 heures). Les
capacités sensori-motrices sont maximales elles aussi en fin d’après midi. Quant aux capacités
cognitives (mémoire à court terme, prise de décision), elles possèderaient un pic en fin
d’après midi : les séances de stratégie et de tactique qui supposent une mémorisation
devraient donc se situer à cette heure là.
Les interactions entre température, vigilance, performance et rythme veille sommeil sont
indiscutables mais leurs relations sont complexes et dépendent des conditions d’observation,
de la typologie des sujets, de la nature des tâches exécutées, de l’environnement, etc … Si la
température interne est dans l’ensemble un bon marqueur circadien, il ne semble pas justifié
de la prendre comme indicateur exclusif du niveau de la vigilance et des performances.
Nous pouvons noter qu’en règle générale il existe de fortes implications des rythmes
circadiens pour les sportifs. L’entraînement lui même peut être considéré, l’alternance des
cycles de sommeil : sommeil lent (augmentation de l secrétions) et sommeil paradoxal
(diminution de la sécrétion).
Cette organisation temporelle stricte assure de façon efficace le maintien des équilibres
physiologiques et biochimiques et permet les réponses adaptatives aux oscillations du milieu
extérieur.
Le sommeil du sportif (effet de l’exercice sur le sommeil) :
Sommeil et activité physique sont très étroitement liés. L’exercice physique pratiqué lors de
l’état de veille pourrait provoquer une modification du sommeil .
Danielle DUIZABO dans « Sport et sommeil » précise que des exercices inférieur à 60 % de
la VO2max n’ont pas de conséquence sur le sommeil, contrairement aux exercices effectues à
un fort pourcentage de la VO2max. Il existe en outre une augmentation de sommeil total, une
diminution de la latence d’endormissement et une augmentation des stades 3 et 4 du sommeil
chez les jeunes athlètes ayant pratiqué une activité physique l’après-midi précédant la nuit
d’enregistrement. Lorsque l’exercice est effectué dans la soirée, il induit une diminution de
sommeil paradoxal attribué au stress de l’exercice.
Donc à un pourcentage supérieur à60 % de VO2max, l’organisme répond à cette contrainte
lors du sommeil par une augmentation des durées des stades 3 et 4 caractéristiques du
maintien des équilibres physiologiques et biochimiques modifiés lors de l’exercice musculaire
intense. Bien que ce soit au stade d’hypothèse, Feinberg pense que le sommeil lent pourrait
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avoir un rôle dans les processus cognitifs les plus élaborés comme l’apprentissage de
connaissances psychomotrices complexes. La mémorisation des gestes techniques intégrés à
l’entraînement sportif se ferait alors pendant ces stades du sommeil lent et non pendant le
sommeil paradoxal comme pour la majorité des autres connaissances de type plus formel.
Des variations du sommeil surviennent entre les sujets entraînés et les sujets non entraînés : la
latence des stades 3 et 4 est inférieur chez les sujets entraînés ; comme un moyen de
synchronisation biologique. La répartition des charges de travail dans les 24 heures doit
prendre en considération l’heure prévue des compétitions afin d’en tenir compte dans le
programme de préparation. Les performances maximales peuvent être espérer à «l’acrophase
» du rendement psychomoteur. Cette acrophase, point le plus haut de la variation circadienne ,
dépend pour une part non négligeable de l’organisation temporelle de l’entraînement au cours
de la phase ultime de la préparation. Elle est généralement situe en fin d’après midi. Les
meilleurs temps obtenues dans des épreuves chronométrées se situent toujours l’après-midi.
L’augmentation du sommeil lent profond chez les sujets entraînés se faisant au détriment du
sommeil paradoxal.
Le sommeil lent profond augmente après exercice chez les individus entraînes et cette
augmentation serait en rapport avec la capacité du sujet de maintenir une hyperthermie sur de
plus longues périodes.
L’augmentation nocturne de la production de chaleur entraîne une augmentation du sommeil à
ondes lentes. Les sportifs sont généralement de gros dormeurs et leur sommeil comporte
effectivement plus de SLP avec des latences d’endormissement faibles ; ils se sentent plus
somnolents les soirs qui suivent une activité physique intense. L’activité physique est un des
facteurs préférentiels pour favoriser le sommeil.
De plus, nous pouvons nous intéresser aux études faites par Rösler sur les liens entre activités
physiques et sommeil. Il semble que le sommeil lent soit sensible à l’effet de l’entraînement
physique. En ce qui concerne les stades 3 et 4, la récupération de la fatigue physique
s’effectue lors de ces phases, il a sécrétion d’hormone de croissance utile à la régénération du
corps humain. En outre, il semblerait que le sommeil paradoxal subisse lui aussi les effets de
l’exercice physique par l’intermédiaire des corticosurrénales. Rösler montre aussi que les
athlètes en surentraînement connaissent des difficultés pour trouver le sommeil, la sécrétion
de ces corticosurrénales et d’adrénaline, plus précisément de noradrénaline, serait bien la
cause de ces troubles. De plus, d’après diverses études réalisées, un athlète en sur ou sous
entraînement connaît les mêmes troubles du sommeil.
Aussi, si un individu dort plus que ses besoins ne l’exigent, ses résultats lors des activités
physiques s’en ressentiront avec des réactions sensorielles plus lentes qu’à l’habitude,
soulignons qu’une privation de sommeil ou une durée de sommeil trop courte ont aussi les
mêmes conséquences sur les performances. Le manque ou le surplus de sommeil ne sont pas
bénéfiques à la pratique physique sportive.
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Conclusion :
Pour obtenir de bons résultats, le sportif doit connaître ses besoins de sommeil, ses rythmes
circadiens et dans la mesure du possible préserver un temps de sommeil suffisant. Ce n’est
malheureusement pas toujours possible car il existe pour certains sports des contingences
matérielles qui obligent les jeunes à s’entraîner très tôt ou très tard (patineurs sur glace,
nageurs) ou à avoir un sommeil très raccourci (navigateurs en solitaire) ou de mauvaise
qualité (alpiniste).
De plus, les fréquents déplacements entraînent des décalages horaires, source de perturbation
de la chronobiologie et le sportif devra se prépare le plus rapidement possible afin d’être en
pleine possession des ses capacités au moment de la compétition.
Mes sites :
http://sommeil.univ-lyon1.fr/articles/challamel/sommenf/fig12.html
http://www.scuio.univ-paris5.fr/sciences/deaphysiomot.html
http://caratome.free.fr/RevueSSPP/Lettre2.htm
http://neurobranches.chez.tiscali.fr/sommeil/chronobiologie2.html
http://disc.vjf.inserm.fr:2010/BASIS/elgis/fqmr/rapp/DDD/818.pdf
Bibliographie :
1 - Arbus L, Tiberge M. Le sommeil du navigateur solitaire - sous presse.
2 - Benoît O, Foret J . Le sommeil humain – Masson, 1991
3 - Benoît O. Principes chronobiologiques et troubles du sommeil. Etat de veille et de
sommeil, actualités de pharmacologie clinique. Masson (Paris) 1989, 172-178.
4 - Buguet A. Sommeil et environnement extrême chez l'homme
in : Le sommeil humain (Benoit O, Foret J ), 1991, Masson 86-91.
5 - Bonnet M H. The effects of sleep fragmentation on sleep and performance in younger and
older subjects. Neurobiology of aging 1989; 10: 21-25.
6 - Chauve JY, Guillemot PY. Etude de la Vigilance de 15 coureurs du Figaro par tests de
réactivité et de reconnaissance -1990;
7 - Dingues D F, Powell J W. Micro computer analyses of performances on a portable,
simple visual RT task during sustained opération. Behaviour Research Methods, Instruments
and Computers; 1985
8 - Guillemot PY. Assistance médicale sur une course au large en Solitaire par étapes
D.U.S.S. 1989
9 – Guillemot PY. Sommeil et forme physique des solitaires dans une course au large
Médecine Nantes 90
10 - Goldenberg F. Pharmacologie du sommeil In Physiologie du sommeil - Masson
11 – Lagarde D, Barrault B, Milhaud C. Exercice physique soutenu et rythme veille-sommeil
SSA. 1988 Trav. scient. n° 9
12 - Magon de la Giclais B. Etude du sommeil fractionné d'un navigateur solitaire en course
transatlantique à la voile. Thèse de Médecine- Toulouse.
13 - Poirier J. Le sommeil en course à la voile en solitaire - Figaro 1992 - Nantes
14 – Siffre M. Rythmes biologiques, sommeil et vigilance en confinement prolongéE.S.A.
SP 180 March 1990
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