PHYSIOLOGIE DE L`EXERCICE UV 104 Chronobiologie Appliquée

PHYSIOLOGIE
DE
L’EXERCICE
UV 104
Chronobiologie
Appliquée
Bachelier J.P.
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Chronobiologie appliquée
PLAN
Chronobiologie appliquée
1 Chronobiologie et performance
1.1 Performance intellectuelle
1.2 Performance physique
2 Chronobiologie et nutrition
2.1 Rythmes et prises alimentaires
2.2 Chronobiologie des nutriments
3 Chronobiologie et traumatologie
3.1 Chronobiologie et inflammation
3.2 Chronothérapie aux AINS
1 Chronobiologie et performance
1.1 Performance intellectuelle
Observées et décrites de façon empirique autrefois, les variations périodiques de la
performance intellectuelle font maintenant l’objet d’études expérimentales en psychologie clinique.
Le but est de mieux comprendre le fonctionnement intellectuel en fonction du temps, afin par
exemple d’envisager l’optimisation des rythme scolaires.
Les protocoles expérimentaux, généralement complexes, doivent d’une part évaluer la
pertinence et l’adéquation des indicateurs et, d’autre part, éviter ou imputer les biais liés aux
méthodes.
Par exemple, concernant l’observation comportementale, les bâillements, affalements ou
frottements des yeux sont considérés comme indicateurs de passivité ou de faible activation cérébrale,
alors que les déplacements ou agitations sont considérés comme indicateurs d’hyperactivité ou de
forte activation cérébrale.
Concernant l’objectivation de la performance intellectuelle des tests sont utilisés comme, par
exemple, le test de barrage de nombres, qui consiste à barrer un maximum de nombres répondants
au critère, en un temps donné.
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Pourcentage moyen tout au long de la même semaine scolaire (Testu)
Des études sur les variations circadiennes (F. Testu, H. Montagner et coll.) montrent que les
performances intellectuelles moyennes des élèves de tous âges sont :
-
faibles vers 8h30 (entrée du matin)
importantes vers 11h30
très faibles vers 13h30 (entrée de l’après midi)
moyennes vers 16h30
Il en ressort que la période globale favorable aux acquisitions intellectuelles est assez brève (~ 4
h/j) et qu’il convient, pour faciliter l’éducation, de s’orienter vers une journée plus courte avec un
nombre de jour par an plus élevé.
Le premier créneau du matin 8h30 – 9h30 (peu favorable à l’acquisition intellectuelle) est donc
mieux adapté à un « réveil » physique qui optimise la synchronisation du rythme de la vigilance, alors
que le premier créneau de l’après midi 13h30 – 14h30 semble mieux adapté développement de
« l’esprit créateur » (activités artistiques) qu’à l’acquisition intellectuelle.
1.2 Performance physique
De la même façon que pour la performance intellectuelle, la variabilité périodique de la
performance physique a été empiriquement constatée et décrite depuis longtemps.
En physiologie du sport, de nombreuses études chronobiologiques se sont intéressées à ces
variabilités, l’objectif étant ici de tenter d’optimiser la performance.
Divers aspects peuvent être étudiés concernant l’apport de la chronobiologie dans la performance
sportive, aspects pouvant concerner tous les niveaux sportifs :
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1 - pratiquants de loisir : optimisation de l’activité physique dans la démarche de bien être
Compte tenu de la démarche, il convient ici « d’utiliser » l’activité physique raisonnée, au-delà
de son impact psycho-physiologique, comme facteur de synchronisation.
Les activités dites « toniques » (squash, aérobic, etc.) devant être pratiquées le matin vers 9/10
h (rôle de synchroniseur diurne) avec un échauffement pertinent (la température corporelle est encore
faible) ou vers 17/18 h (en corrélation avec l’acrophase du rythme circasemidien de vigilance et
l’acrophase du rythme de la température).
Les activités dites « douces » (stretching, yoga, etc.) seront plutôt pratiquées en début d’après
midi (13/14 h) ou en soirée (20/21 h) c'est-à-dire en synchronisation avec les « baisses » du rythme
circadien de vigilance.
Il est important de remarquer que le constat n’est pas amiable entre ce qu’il conviendrait de
faire et ce qui est fait, effectivement il est observé dans les « fitness center » une forte affluence aux
cours d’aérobic de 20 h ! (ce qui favorise les dyschronismes par retard de phase et peut entraîner des
troubles fonctionnels ; c’est comme le jogging dans les rues de Paris : cela part d’un bon sentiment,
mais … !).
2 - pratiquants sportifs : optimisation de l’élaboration du plan d’entraînement (méthodologie
de l’entraînement)
La plupart des études en physiologie appliquée au sport montrent que la disponibilité de la
performance est variable sur de nombreuses périodes.
Sur la période circadienne (H. Schmidtke et coll.), cette disponibilité présente 2 crêtes situées
en moyenne vers 11 h et vers 18 h (il existe une assez bonne similitude entre les performances
intellectuelle et physique). Ces 2 moments correspondent donc à des périodes favorables pour
l’entraînabilité du sportif et la « pratique » est souvent cohérente à cet apport théorique.
Variations circadiennes de la disponibilité à la performance (Schmidtke)
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Moins pris en compte sont les variations ultradienne et infradienne de cette entraînabilité.
La principale variation ultradienne est celle liée au rythme de la vigilance (~ 90 mn) et fait que
la performance peut être meilleure (si elle est réalisée vers l’acrophase) ou moins bonne (si elle est
réalisée dans le creux) à seulement 45 mn de différence (une hémi période).
L’expérience rend ainsi l’athlète confirmé plus performant que le débutant, car « l’écoute de
ses sensations » lui permettra, le cas échéant, d’attendre « d’être dedans ».
Les variations infradiennes de certains rythmes biologiques sont également à prendre en
compte en recherche d’optimisation de l’entraînement.
Le niveau plasmatique des hormones stéroïdiennes conditionne en partie d’une part
l’entrainabilité du sportif et d’autre part ses mécanismes de sur-compensation (donc de progression).
Par exemple, les études (T. Hettinger) sur les variations périodiques circannuelles de
l’augmentation de la force sont cohérentes avec celle du rythme de la testostérone (pour lequel
l’acrophase se situe en octobre), et montrent que c’est en automne que le gain de force est le plus
important : septembre/octobre est donc une période favorable à la planification d’un cycle
d’entraînement de la force.
Variations circannuelles de l’augmentation moyenne de la force (Hettinger)
3 - sportifs de haut niveau : optimisation d’une compétition à l’étranger.
La problématique du sportif devant faire une compétition à l’étranger est liée au vol
transméridien donc au décalage horaire. C’est le nombre de fuseau et le sens du vol qui sont donc les
facteurs à prendre en compte : un Paris-Dakar est donc moins désynchronisant qu’un Paris-Moscou
(alors que Dakar est plus éloigné que Moscou).
Les athlètes Français qui vont aller à Pékin vont, par exemple, subir une forte
désynchronisation. Il est donc important d’estimer la période moyenne nécessaire à la
resynchronisation si l’on souhaite que le sportif exploite pleinement son potentiel. Rappelons que
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même s’il ne se manifeste pas par des troubles fonctionnel (ce qui est souvent le cas pour des athlètes
de haut niveau qui sont jeunes et « en forme ») le dyschronisme existe bel et bien.
Dans les fédérations sportives, on admet généralement que 1 jour par fuseau traversé est
nécessaire à la resynchronisation, or les études sur le temps nécessaire à la resynchronisation (A.
Reinberg) montrent que pour un décalage Est –Ouest de 6 h il faut environ :
-
3 jours pour le rythme de vigilance
12 jours pour le rythme de la température orale
20 jours pour le rythme du K+ urinaire
Concernant Pékin 2008 (8 h Est-Ouest) il serait donc nécessaire de prendre 3 semaines pour
s’assurer de la resynchronisation quasi totale de l’organisme.
Sur place de nombreux facteurs peuvent êtres utilisés pour faciliter la resynchronisation du sportif :
-
utiliser au maximum les synchroniseurs locaux
se coucher et se lever aux heures normales locales dès le premier jour
prendre des douches de lumière forte (le matin pour un décalage Est-Ouest).
2 Chronobiologie et nutrition
2.1 Rythmes et comportement alimentaire
La fonction « nutrition » est réalisée par de nombreuses actions allant de la prise alimentaire
au métabolisme intra-cellulaire. Cette fonction est donc un processus psycho-physiologique complexe
mettant en jeu de nombreuses régulations, centrales, périphériques, hormonales ou encore
métaboliques.
L’étude du comportement alimentaire spontané de l’homme a permis de mettre en évidence
des rythmes ultradiens (nourrisson – T. Hellbrügge et coll.), circadiens et circannuels (enfant et adulte
– F. Sargent).
La persistance de ces rythmes en expérience « hors du temps » (C. Migraine et coll.) appuie
l’hypothèse de l’existence de composantes endogènes de ces rythmes.
Par ailleurs, des expériences de diètes alimentaires (M. Apfelbaum) montrent que la plupart
des rythmes biologiques significatifs sont conservés ce qui tend à dire que la prise alimentaire n’est
pas un synchroniseur fort des rythmes biologiques fondamentaux.
2.2 Chronobiologie des nutriments
En moyenne, le métabolisme d’un nutriment présente un rythme circadien (important) et un
rythme circannuel (faible). Les variations périodiques des métabolismes des nutriments ne dépendent
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pas du nutriment en lui-même (qui est stable dans le temps) mais des processus physiologiques de la
fonction « nutrition ».
Le devenir métabolique d’un nutriment en fonction du temps (chrononutrition) est donc
très comparable à celui d’un médicament (chronopharmacologie).
L’épreuve d’hyperglycémie provoquée (1 g / Kg de poids de glucose sur sujet à jeun) montre
que la réaction insulinémique est dépendante du moment dans la journée (Cmax de l’insulinémie
est plus faible lorsque l’épreuve est faite l’après-midi) et du moment dans l’année (Cmax de
l’insulinemie est plus faible lorsque l’épreuve est faite en avril).
L’étude du quotient respiratoire (Vco / Vo) montre que l’organisme utilise de manière
différentes les sources énergétiques dans la journée (rythme circadien) et dans l’année (rythme
circanuel). La persistance du rythme du QR en période de diète glucidique tend à montrer une
composante endogène dans son rythme circadien.
Les variations circadiennes du métabolisme énergétique font que la glycolyse est souvent
prédominante le matin par rapport au soir. C’est principalement sur ce genre de résultats qu’il est
souvent recommandé de plutôt adopter un gros repas le matin et un petit le soir (le fameux : l’avoine
du matin va dans le crottin, l’avoine du soir dans le popotin !).
Hors, rappelons une fois encore, que les mécanismes chronobiologiques présentent des
variations inter-individuelles importantes et que, chez certains, le petit repas du matin sera préférable.
Seule une démarche individualisée et prenant en compte les mécanismes des rythmes
biologiques, permettra donc au professionnel en nutrition de proposer des solutions plus performantes
intégrant quantité, qualité et « moment » des prises alimentaires.
3 Chronobiologie et traumatologie
3.1 Chronobiologie et inflammation
Si le processus inflammatoire peut avoir de nombreuses causes différentes, son déroulement
est relativement codifié.
La « triade de l’inflammation » correspond à (1) une vasodilatation vasculaire, une exsudation
plasmatique et une agrégation plaquettaire ; (2) une migration leucocytaire vers le tissu et une
phagocytose (antigènes) ; (3) une libération de médiateurs (amines vasoactives, kinine, etc.).
Ce processus a pour effet d’entraîner douleur et impotence fonctionnelle dont les variations
périodiques circadiennes (circannuelles dans les maladies dégénératives) sont empiriquement connues.
Par exemple, c’est en début de journée que raideur et douleur sont maximales dans la
polyarthrite rhumatoïde (I.C. Kowanko et coll.), alors qu’elles sont maximales en fin d’après
midi dans l’ostéoarthrite (N. Bellamy et coll.).
3.2 Chronothérapie aux AINS
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De la même façon que pour les nutriments, le devenir d’un médicament
(chronopharmacologie) dépend du moment de son ingestion. La chronopharmacocinétique se
propose d’en étudier la biodisponibilité (Cmax, Tmax, T1/2, etc.) et la chronergie les effets sur
l’organisme, toujours en fonction du moment de l’ingestion.
La chronergie se décompose en deux « disciplines » : la chronoefficacité, variations des effets
désirés et la chronotoxicité , variations des effets non désirés. Les variations périodiques des effets du
médicament dépendent effectivement des variations périodiques de la susceptibilité du système cible
(chronesthésie).
Dans une étude en double aveugle sur les effets du Kétoprofène (Perpoint et coll.), entre
l’administration du matin (groupe A) et du soir (groupe B), il ressort que si l’efficacité est assez
comparable dans les 2 cas, la toxicité est deux fois plus importante pour le groupe du matin.
La connaissance de la chronopharmacologie permet donc réellement au praticien d’optimiser
son traitement, soit sur l’efficacité, soit sur la moindre toxicité.
Chronothérapie au Kétoprofène dans l’ostéoarthrite (Perpoint)
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