Circadiane Rhythm – Wikipedia

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Quand Rythme circadien (aussi: Rythme circadien ) En chronobiologie, les rythmes endogènes (intérieurs), qui ont une période d’environ 24 heures et dans de nombreux êtres vivants, ont une grande influence sur les fonctions de l’organisme. Ils ont été créés comme une adaptation aux conditions environnementales qui changent dans le rythme quotidien.

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La conséquence la plus évidente de nombreuses espèces animales et chez l’homme est que Rythme de cire de sommeil . Cependant, en plus de l’activité, de nombreux autres paramètres physiologiques ont une rythmicité avec une période de 24 heures. Le rythme circadien peut également être démontré au niveau des cellules individuelles. Le prix Nobel de médecine / physiologie a été décerné en 2017 à trois chronobiologistes, qui sont examinés lorsque la mouche des fruits examine Drosophila Melanogaster Mécanismes moléculaires du rythme circadien. [d’abord]

Il existe également des rythmes biologiques, dont la période est nettement plus courte ou plus longue qu’une journée (voir rythme ultradian ou rythme infradian).

L’adjectif circadien – ou avec une orthographe allemande Circadien – peut être comme “autour de la journée” (latin environ “autour”, meurt “Jour”). [2] Franz Halberg, qui a présenté le nom en 1959, [3] en association avec environ Par-dessus tout le sens “approximativement”, de sorte que circadien Dans son sens, il faudrait être traduit par “environ un jour”. [4]

Halberg a ensuite donné des informations selon lesquelles il était sur le sol circadien déjà eu connaissance avant 1951 lorsque son ami Henry Nash Smith l’a utilisé. Dans les années 1950, Halberg a cherché une alternative pour le mot ambigu diurne , ce qui peut signifier “en plein jour” d’une part et d’autre part “24 heures”. De plus, Halberg voulait pouvoir distinguer “24 heures” et “environ 24 heures”, car les rythmes du jour dans les organismes n’ont qu’environ 24 heures, surtout s’ils ne sont pas synchronisés à la lumière du jour. En 1955, il a initialement battu le mot créations la partie Pour “24 heures” et diéloïde pour “environ 24 heures”, qui, cependant, n’ont pas été bien accueillis. En 1959, Halberg a utilisé les noms Dian Pour “24 heures” et circadien pour “environ 24 heures”. Des collègues critiques ont ensuite interprété que la coexistence des deux noms était déroutante. Alors Halberg l’a fait sans Dian – et le nom circadien prévalais. [4]

COLLOVERS, l’intégralité est également appelée rythmes circadiens comme “horloge intérieure”.

fonction [ Modifier | Modifier le texte source ]]

En raison de la rotation de la Terre autour de son propre axe, les conditions environnementales telles que la quantité de lumière, la température et la disponibilité des aliments et la menace des prédateurs sont rythmiquement avec une période de 24 heures. Si les êtres vivants s’adaptent à de tels changements profonds, ils ont un avantage de survie. [5]

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D’innombrables réactions chimiques sont également soumises à un rythme circadien au niveau cellulaire. Dans le cas des organismes à plusieurs cellules, l’horloge interne sert à synchroniser les montres présentes dans pratiquement toutes les cellules afin de donner aux fonctions importantes de l’organisme global un cadre temporel. On suppose que tous les rythmes circadiens des eucaryotes dans pratiquement chacune de leurs cellules ont. En particulier, les réactions chimiques non compatibles doivent être séparées les unes des autres.

Une étude de souris a montré que 43% de tous les gènes codant pour les protéines de l’organisme de souris sont transcrits avec un rythme de 24 heures. [6] Les insectes dépendent également d’une montre circadienne qui fonctionne. Une abeille qui indique à ses collègues espèces d’informations sur les sources d’alimentation au moyen d’une danse de queue s’adapte environ toutes les 5 minutes parce que le soleil, qui sert de point d’orientation pour l’emplacement, a en attendant. [7] Les rythmes circadiens et leur synchronisation inter-individuels sont également d’une grande importance pour l’organisation du système social de la ruche. [8]

Les plantes adaptent leur activité au changement de jour-nuit. Même avant le lever du soleil, activez votre appareil de photosynthèse et préparez donc le début de la photosynthèse, qui se déroule en lumière du jour. De nombreuses plantes s’ouvrent et ferment leurs fleurs et leurs ouvertures à certains moments de la journée (voir l’horloge de fleurs de Linné). D’autres plantes, dont les fleurs sont ouvertes pendant plusieurs jours consécutives, ne produisent des parfums et du nectar qu’à certains moments. Le rechèvement des insectes comme les abeilles lui a organisé leurs visites.

Dans le domaine des champignons également, les rythmes circadiens se sont développés en tant qu’adaptation en tant qu’environnement régulièrement en évolution. Par exemple, la reproduction du champignon est soumise à Neurospora crassa le contrôle d’une horloge interne. [9]

L’organisme le plus simple dans lequel une horloge circadienne pourrait être détectée est Synechococcus elongatus Du genre Synechococcus Les cyanobactéries. [dix] À quel point les montres circadiennes courantes dans d’autres procaryotes sont encore largement ouvertes.

Propriétés du rythme circadien [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Bien que le contexte biologique et les mécanismes des rythmes circadiens soient différents entre différents organismes, les rythmes circadiens ont certaines propriétés qui sont en commun de nombreuses espèces. La période exacte peut varier entre les différents types, mais est généralement de 22 à 25 heures. Le rythme intérieur n’a pas besoin de signaux du monde extérieur pour suivre son rythme, qui n’est pas toujours exactement 24 heures. Cependant, le processus peut s’adapter à un cycle précis de 24 heures par corrigé à l’aide de stimuli externes, le soi-disant timing. Ce processus est appelé synchronisation ou entraînement. Les stimuli externes qui peuvent servir de minuteries sont différents pour différentes manières, mais la chose la plus importante est souvent la lumière. [11] Par exemple, la température ambiante est de nouveaux temporisateurs dans certains types [douzième] et les stimuli sociaux (par exemple le réveil).

Les caractéristiques des montres biologiques réelles sont: [13]

  • Votre caractère endogène, c’est-à-dire que le rythme est également maintenu dans des conditions environnementales constantes (roue libre).
  • Le fait que vous soyez “entraîné”, ce qui signifie que malgré votre propre rythmicité, vous pouvez adapter vos règles à la rythmicité des conditions ambiantes dans certaines limites (capacité d’entraîner).
  • L’insensibilité relative aux changements de température non hhythmique (compensation de température), qui est inhabituelle dans la mesure où presque toutes les autres réactions chimiques (organiques) dépendent très de la température. Avec des réactions chimiques ordinaires, un doublement de la vitesse de réaction par augmentation de la température de 10 ° C (règle RGT).

Durée de période (τ) [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Un rythme circadien est caractérisé par une certaine durée de période, ce qui signifie que chaque répétition prend un certain temps. La durée de la période est souvent mentionnée avec la rosée de la lettre grecque (τ) et prend environ 24 heures pour la plupart des organismes. Si un organisme est maintenu dans un environnement constant, c’est-à-dire avec une quantité constante de lumière et de température 24h / 24, elle suivra un cycle quotidien, dont la longueur dépend de son horloge intérieur. Au fil du temps, l’horloge interne peut différer de plus en plus du cours du temps réel.

La durée de la période de l’horloge interne dépend de l’équipement génétique, et il est possible d’élever des organismes qui ont une horloge interne avec une longueur de période plus longue ou plus courte. Vous pouvez également manipuler le τ d’un organisme avec des médicaments ou des hormones ou changer l’organisme en manipulant l’environnement. [14] L’âge de l’organisme influence également la durée de la période de l’horloge interne. Dans certains organismes, comme les humains, τ diminue avec l’âge, [15] [16] Tandis que τ dans d’autres organismes, par ex. B. Les souris augmentent avec l’âge. [17] Il est également possible de changer τ par la lumière artificielle. Les charges exposées dans un cycle de 22 heures ont développé une durée de période plus courte comme des cafards qui ont été exposés dans un cycle de 26 heures. Ces effets se poursuivent pendant longtemps, même après la fin de l’expérience. [18] [19]

Phase (φ) et angle de phase (ψ) [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Le temps selon l’horloge interne, lorsque l’organisme «s’attend à ce qu’un certain événement aura lieu (par exemple le lever du soleil ou le coucher du soleil), Phase appelé. La phase est mentionnée avec le symbole grec Phi (φ).

Un exemple du fait que le temps subjectif (circadien) de l’horloge interne et le temps objectif peuvent différer est le décalage horaire. La différence entre le temps circadien et objectif est mentionnée avec la lettre grecque psi (ψ). Il peut être exprimé soit en heures, soit sous forme d’angle de phase, c’est-à-dire comme un degré. Un angle de phase de 180 ° correspond à une différence de 12 heures.

Mikro-ARN [ Modifier | Modifier le texte source ]]

En 2021, il s’est avéré que le microARN était de manière décisive dans la définition des durées de période. La quantité de micro-ARN est importante (dépendance à la dose) et le type de tissu (poumons, cerveau, rétine). [20]

Quatre exemples du déplacement de l’horloge interne en raison de l’action d’une minuterie, chacun pendant trois jours consécutifs. Les chiffres sont des temps.
Phases de l’horloge interne:
Bleu: L’horloge intérieure est définie sur “Night”.
Jaune: L’horloge intérieure est réglée sur “Jour”.
Effet de l’obscurité / lumière de la porte temporelle:
Blue Arrow: Darkness signale “Night”.
Flèche jaune: Signaux légers “Jour”.

En haut à gauche: À 6 heures du matin, l’horloge interne s’attend déjà à la journée (route jaune), mais il fait encore foncé à 7 heures du matin (flèche bleue). L’organisme s’adapte puis attend une aube ultérieure.
En haut à droite: L’horloge interne ne s’attend qu’à 18 h, la nuit, mais il fait déjà sombre à 17 h. L’organisme s’adapte et attend ensuite la nuit plus tôt.
En bas à gauche: À 5 heures du matin, l’horloge interne est toujours réglée la nuit, mais elle est déjà légère.
En bas à droite: À 19 h, l’horloge interne est déjà réglée dans la nuit, mais elle est toujours légère.

Étant donné que la durée de la période de l’horloge intérieure n’est pas exactement 24 heures et que le temps pour le lever du soleil et le coucher du soleil varie au cours de l’année, l’horloge interne doit être capable de se corriger à l’aide de signaux de minuterie externes.

Une distinction est faite entre deux types dans les phase de phase de l’horloge interne:

  • Le faible décalage de phase (réaction de type 1): la réaction à une minuterie est relativement faible, au plus quelques heures. L’illustration à droite illustre les réactions de type 1 avec un décalage de phase d’une heure chacun.
  • Le fort décalage de phase (réaction de type 0): quelque part dans le cycle, il y a un certain point où une minuterie peut déplacer l’horloge interne vers l’avant ou vers l’arrière.

Le fait qu’un organisme montre une réaction de type 1 ou une réaction de type 0 dépend du type d’organisme et de l’intensité du stimulus. Si le stimulus est intense, un organisme qui montre généralement une faible réaction de type 1 peut répondre avec une forte réaction de type 0. [21] Une étude a montré que les personnes exposées à une lumière forte trois jours de suite le matin peuvent réagir avec un fort décalage de phase. [22]

Lumière comme une minuterie [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Étant donné que la cause extérieure du rythme circadien est l’auto-rotation de notre planète, le changement d’intensité d’éclairage de la Terre agit comme le rythme extérieur le plus frappant. Ce stimulateur cardiaque est reconnu dans le système visuel, parfois aussi la position changeante du soleil.

La lumière est probablement la minuterie dont l’effet est le plus universel. Chez l’homme, la lumière de la soirée subjective et de la nuit subjective entraîne un ralentissement de la période de l’horloge interne, tandis que la lumière en provoque une accélération tôt le matin. [23] La lumière agit comme une minuterie dans presque tous les organismes examinés, y compris ceux qui vivent dans l’obscurité constante. [24] L’organisme réagit à la lumière dans la zone avec un pigment sensible à la lumière qui est soit dans la rétine (en vertébrés) ou dans d’autres cellules (pour les insectes et les plantes).

Synchronisation chez les animaux [ Modifier | Modifier le texte source ]]

L’existence continue d’un rythme circadien libres dans des conditions constantes montre qu’il doit y avoir un oscillateur, un rythme générant l’unité intérieure. Tant qu’il ne sait pas comment fonctionne cet oscillateur, vous ne pouvez effectuer que des mesures sur le rythme perçu, avec l’élimination approfondie des agents rythmiques externes. Les propriétés de l’oscillateur doivent ensuite être dérivées du comportement: la méthode classique de la recherche comportementale “Black Box”. Pour plusieurs groupes d’animaux, au moins des parties de la Boîte noire Peut être localisé dans le système nerveux central (ZN).

Le stimulateur cardiaque central peut être influencé par les effets externes, en particulier par la lumière. Dans tous les organismes examinés, le cryptochrome semble jouer un rôle crucial dans l’ajustement de l’horloge interne:

Dans le cas des poissons, des amphibiens, des reptiles et de nombreux oiseaux, l’épiphyse, en revanche, est toujours sensible à la lumière. Dans certains amphibiens, une verticale si appelée est observée: une ouverture de crâne qui n’est couverte que des méninges et de la peau et laisse ainsi éclairer le cerveau (“troisième œil”). Dans le cas des reptiles et de quelques oiseaux, l’épiphyse contrôle également d’autres rythmes circadiens en plus de la production circadienne de mélatonine, par exemple dans la température corporelle et l’apport alimentaire. Il est plus ancien que le noyau suprachiasmatique (SCN).

Biologie moléculaire chez les mammifères [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Chez les mammifères, le stimulateur cardiaque circadien central peut être trouvé dans le noyau suprachiasmatique de l’hypothalamus, qui coordonne d’autres stimulateurs périphériques. L’horloge moléculaire traverse une rétroaction de traduction de transcription en inhibant la traduction des protéines la transcription des gènes de cette protéine. Plusieurs protéines sont impliquées, dont l’horloge, BMAL1, PER, CRY et NPAS2 sont considérées comme des protéines clés. L’horloge moléculaire circadienne (CMC = horloge moléculaire circadienne ) A un bras positif avec un hétérodimère BMAL1 d’horloge qui stimule le bras négatif avec un hétérodimère par cerce qui inhibe le bras positif. Une séquence de rétroaction prend environ 24 heures, avec une oscillation d’expression des protéines. Ceci est contrôlé pour les deux protéines BMAMA et l’horloge par deux récepteurs du noyau cellulaire (Rev-ERB-α et Rev-ERB-β) et module ainsi le rythme circadien. Les tissus périphériques ont un cycle similaire, mais sont synchronisés par le stimulateur cardiaque central par des signaux neuronaux et hormonaux indirects ainsi que par les changements de température. [25]

Les agonistes développés synthétiquement SR9009 et SR9011 des récepteurs du noyau cellulaire Rev-ERB-α et Rev-ERB-β peuvent réduire la force des oscillations circadiennes en inhibant l’expression de BMAL1. Chez la souris, l’injection des agonistes a conduit à une augmentation des besoins en oxygène et à une perte de tissu adipeux. De plus, il y avait une lipogenèse réduite dans le foie, une augmentation de l’oxydation du glucose et des lipides dans les cellules musculaires et une synthèse et un stockage réduits des triglycérides dans les cellules graisseuses blanches. [26]

Sensibilité à la lumière dans les plantes [ Modifier | Modifier le texte source ]]

En plus de la chlorophylle, les plantes ont trois autres classes de pigments sensibles à la lumière:

  • Les phytochromes sont particulièrement sensibles à la lumière rouge, [27] Dans une moindre mesure également pour la lumière bleue. [28]
  • Les cryptochromes sont particulièrement sensibles à la lumière bleue. Ils sont également utilisés comme molécules de signal lorsque les phytochromes «attrapent» la lumière. [29]
  • Les phototropines ne sont pas impliquées dans la régulation du rythme quotidien. Ils contrôlent le phototropisme des plantes, ce qui signifie que la plante pousse à une source légère.

La plante régule sa sensibilité à la lumière à travers la production de phytochromes et de cryptochromen, renforcée le matin. Pendant ce temps, la plante est la plus sensible à la lumière. [30]

Le rythme circadien contrôle ou influence, entre autres, le rythme veille du sommeil, la fréquence cardiaque, la pression artérielle, la température corporelle, les niveaux d’hormones (par exemple la cortisone et l’insuline), la concentration de cellules immunitaires dans le sang et son immigration dans d’autres tissus. [trente et un] La gluconéogenèse, la résorption des graisses dans l’intestin et de nombreuses autres fonctions métaboliques [32] sont influencés par la montre circadienne, ainsi que les performances cognitives. [33]

Chronotype [ Modifier | Modifier le texte source ]]

La dépendance du milieu du sommeil à l’âge

Il existe certaines différences entre différents individus dans la phase des montres internes par rapport au monde extérieur, qui est exprimée dans différents chronotypes. Ceci est considéré comme la raison pour laquelle certaines personnes s’endorment tôt et se réveillent tôt (“allail”), tandis que d’autres s’endorment tard et se réveillent tard (“Owls”). [34] À cet égard, il existe de plus grandes différences entre les sexes à un âge moyen (environ 15 à 50 ans).

Les différences dans le chronotype sont très probablement dues à la prédisposition génétique. Une forme différente du gène Per2 est discutée comme la cause. [35] Le chronotype d’une personne peut être déterminé assez précisément par le biais de questionnaires tels que le MCTQ. [36]

Au cours de la vie également, il y a des changements au sein d’un individu qui peuvent être déterminés sur la base du temps de sommeil et de temps moyen. En règle générale, les enfants sont des chronotypes très précoces, et deviennent plus tard au cours des adolescents jusqu’à ce que la tendance soit inversée vers l’âge de 20 ans. [37]

Lors de l’étude des jeunes, dont la plupart peuvent être caractérisés comme des «hiboux» pendant la puberté, il a été possible de démontrer qu’un début retardé des activités quotidiennes – en particulier en hiver – a conduit à une amélioration générale des performances et à un meilleur état de santé. [38] Ces résultats scientifiques et d’autres ont des implications importantes pour le moment optimal du début de l’école.

Chez les petits enfants et les personnes âgées, le chronotype individuel est moins clair car le rythme circadien n’est pas encore clairement dominé ou ne semble plus aussi fort. Chez les bébés, le système ultradian prédomine toujours – les phases d’activité courtes changent avec de courtes phases de sommeil de parfois moins d’une demi-heure. Seul le rythme du tout-petit est de plus en plus contrôlé par le système circadien. Dans la vieillesse, il perd à nouveau l’influence.

Troubles du rythme de somnifère [ Modifier | Modifier le texte source ]]

Les gens vivent souvent en contraste avec leur rythme intérieur ou du moins les dérangent. C’est ainsi que la proportion de travaux de quart augmente. De plus, moins de temps est passé en lumière du jour, en particulier en hiver, où le rayonnement léger à la place est rarement supérieur à 500 lux. Même un ciel couvert à l’extérieur peut générer plus de 20 000 niveaux d’éclairage basés sur des lux, diriger la lumière du soleil, même jusqu’à 100 000 lux. D’un autre côté, les gens sont également exposés à des stimuli de lumière artificiels la nuit. L’horloge interne, qui nécessite un nouveau “ajustement” tous les jours, doit faire face à des problèmes avec cette structure de minuterie “lavée -out”. Dans les plans de calques alternés modernes, vous travaillez avec des “quarts de nuit entrecoupés”, c’est-à-dire des blocs de quart de nuit courts, qui n’incluent idéalement qu’un à deux, un maximum de trois nuits.

Lorsque vous passez à d’autres fuseaux horaires, votre propre rythme circadien ne s’adapte qu’après une période de familiarisation du fuseau horaire. Cette adaptation est nettement plus lente que le vol et peut être perceptible par le décalage horaire SO appelé dans la fatigue et les mauvaises performances.

Dans les régions très équatoriales (comme la Norvège), le rythme veille du sommeil peut être perturbé par le fait que la production lumineuse par jour se déplace zéro en hiver. L’absence de lumière du jour et la routine quotidienne perturbée peuvent conduire à une dépression hivernale si appelée. Entre-temps, la luminothérapie a été reconnue comme un traitement efficace de la dépression hivernale (la «douche légère» est attachée à des casques spéciaux sous forme de lampes légères à l’avant).

Connexion avec les maladies [ Modifier | Modifier le texte source ]]

L’horloge interne influence le cours des maladies cardiovasculaires telles que l’athérosclérose. [39] De plus, les deux études épidémiologiques montrent [40] Ainsi que des travaux expérimentaux que les rythmes circadiens ont un impact sur le développement ou la prévention du cancer. [41] [42] Le trouble du rythme quotidien souffre d’un stress métabolique – un facteur de risque, entre autres, pour le développement du diabète sucré et du surpoids. [43]

Les maladies neurodégénératives telles que la Alzheimer, les Parkinson, As et Chorea Huntington vont souvent de pair avec des troubles souffrant de troubles des troubles des rythmes circadiens. [44] Le rythme veille du sommeil est également perturbé dans de nombreuses maladies psychiatriques, et les troubles du système circadien sont un facteur de risque de maladies psychiatriques. [45] Un rythme perturbé perturbé le sommeil, tel que les travaux de quart de travail, peut entraîner des troubles du sommeil et de l’alimentation, de l’énergie et de la dépression.

Une étude de souris a montré que plus de la moitié des 100 médicaments de vente les plus vendus aux États-Unis agissent sur des protéines soumises à un contrôle circadien (chez la souris). [6]

Compréhensible
  • À Roenneberg: Comment nous cocher: l’importance de la chronobiologie pour nos vies. 2e édition. Dumont, Cologne 2010, ISBN 978-3-8321-6188-0
D’autres publications
  • Jürgen Aschoff (éd.): Horloges circadiennes. North Holland Press, Amsterdam 1965.
  • Joseph S. Takahashi et Martin Zatz: Régulation de la rythmicité circadienne. Dans: Science. Bd. 217, nr. 4565, 1982, S. 1104–1111, doi: 10.1126 / science.6287576
  • Jürgen Zulley, Barbara Knab: Notre horloge intérieure. Herder, Freiburg im Breisgau 2003.
  • Peter Spork: Le travail d’horlogerie de la nature. Chronobiologie – Vivez au fil du temps. Rowohlt, Reinbek près de Hambourg 2004.
  • Wolfgang Deppert, K. Köther, B. Kralémann, C. Lattmann, N. Martens, J. Schaefer (éd.): Temps du système auto-organisé. Un discours interdisciplinaire sur la modélisation des systèmes vivants basés sur des rythmes internes. Volume I de la série: Problèmes de base de notre temps. Leipzig Universitätsverlag, Leipzig 2002.
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  2. ↑ Voir. Circadien Dans le Doccheck Flexikon. La même indication de la formation de mots peut être trouvée dans le mot-clé Circadien dans le Pschyrembel.
  3. ↑ F. Halberg, A. N. Stephens: Sensibilité à OUABAIN et à la périodicité circadienne physiologique. Dans: Proc. Par. Acad. Sci. Bd. 27, 1959, S. 139–143.
  4. ↑ un b F. Halberg, G. Cornélissen, G. Katinas, E. V. Syutkina, R. B. Sothern, R. Zaslavskaya, F. Halberg, Y. Watanabe, O. Schwartzkopff, K. Otsuka, P. Frederico, J. Implications unificatrices transdisciplinaires des résultats circadiens dans les années 1950. Dans: Journal of Circadian Rhythms. Bd. 1, numéro 1, octobre 2003, S. 2, doi: 10.1186 / 1740-3391-1-2 , PMID 14728726 , PMC 317388 (Texte intégral gratuit): Voir section Quand et pourquoi avez-vous créé le terme «circadien»?
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  8. ↑ Guy Bloch: L’horloge sociale de l’abeille . Dans: Journal des rythmes biologiques . Groupe 25 , Non. 5 , Octobre 2010, ISSN 1552-4531 , S. 307–317 , est ce que je: 10.1177 / 0748730410380149 , PMID 20876811 .
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