Un ritm biologic este „variația periodică sau ciclică a unei funcții specifice a unei ființe vii”. Acest ritm biologic poate fi de două tipuri: fiziologic sau biochimic .
Există trei tipuri de ritmuri biologice: ritm circadian , ritm infradian și ritm ultradian .
Ritmurile biologice joacă un rol major în funcționarea organismelor vii , de exemplu în cazul bătăilor inimii, a pleoapelor sau a mișcărilor respiratorii, a ritmurilor de masă / digestie, a alternării stărilor de veghe și somn , a ciclurilor de ovulație, a ritmurilor de înflorire și fructificare a plantelor, sau fructificarea sezonieră a ciupercilor sau în ceea ce privește migrația animalelor, schimbarea sezonieră a culorii sau a grosimii stratului etc.
La om, aceste ritmuri sunt controlate în principal de melatonină și nuclee suprachiasmatice , în principal sub efectul expunerii la lumină (pentru anumite lungimi de undă și de la o anumită intensitate, timp și durată, și în funcție de modelul secvențelor de expunere sau de durata luminii impulsuri). Aceste ritmuri sunt importante în sincronizarea comportamentelor noastre obișnuite ( mâncare , somn etc.). Desincronizarea cu ritmul circadian poate fi o sursă de diverse tulburări (imunitar, starea de spirit, reglarea temperaturii, cardiovasculare, atenția somnului, memorie etc.), în special la lucrătorii de noapte . Expunerea excesivă la iluminatul artificial, pe timp de noapte, în special în anumite lungimi de undă este, prin urmare, o sursă de perturbare endocrină , situație luată în considerare de OMS și IARC, deoarecedecembrie 2007, ca „potențial cancerigen” în cazul muncii în schimburi ).
Recent a descoperit Diferite tipuri de " oscilatoare moleculare " , inclusiv în ciuperci ( Neurospora crassa ), și s-a arătat un ritm circadian bacterian , explicat în mare măsură în bacterii fotosintetice ( cianobacterii ). Și unele celule percep lumina, chiar și la un animal orb din punct de vedere patologic sau natural.
Există multe modele de ritmuri biologice majore care pre-determină altele, posibil „în cascadă”. Cele mai cunoscute, la mamifere , se referă la ciclurile de secreție hormonală ( melatonină , cortizol ) influențând întreaga lor fiziologie (temperatura corpului, atenția și starea de veghe, ciclurile de veghe a somnului, regenerarea celulară, migrația, sexualitatea, reproducerea).
Previzibilitatea relativă a ritmurilor biologice ne permite să înțelegem mai bine perioadele de activitate prădătoare, disponibilitatea alimentelor, reproducerea etc. La om, ei au făcut chiar posibilă înțelegerea și prezicerea mai bună a apariției accidentelor.
Acesta nu este singurul parametru luat în considerare, dar luminozitatea și durata zilei și a nopții sunt primii și principalii stimuli care controlează marile ritmuri biologice: prin activarea sau inhibarea reacțiilor fiziologice ale organismelor, ele dau și ritm comportamentul cuplurilor, al populațiilor întregi de specii, de exemplu în bacteriile cyanophyceae fotosintetice și dincolo de cicluri la scara ecosistemelor, a biomurilor sau chiar a planetei (pentru anumite migrații animale). Acesta este unul dintre motivele pentru care poluarea luminoasă și degradarea mediului nocturn au devenit probleme de interes, atât ecologice, cât și de sănătate.
Melatonina apare din această perspectivă ca un hormon esențial pentru oameni și aparent pentru multe specii, deoarece recent s-a descoperit că o produc și diverse alge și plante .
Un ritm biologic se caracterizează prin perioada sa, localizarea acrofazei (sau vârfului, sau vârfului sau zenitului) a variației în intervalul de timp al perioadei, amplitudinii și nivelul mediu al variației ( MESOR ).
Interval de timp măsurat între două episoade care vor reapărea identice cu ele în timpul variației. Perioada ritmului unei variabile biologice poate fi obținută prin analiza spectrală , oferind o estimare a perioadei preponderente fundamentale și a armonicilor sale . Poate fi obținut și prin cunoașterea ritmului sincronizatorilor (condiții experimentale).
În funcție de perioada predominantă, cronobiologia distinge trei domenii principale ale ritmurilor:
Anumite variabile biologice (producția de cortizol plasmatic de exemplu) își pot manifesta ritmicitatea în mai multe dintre aceste zone.
Acrofaza (vârf sau zenit), opusul căreia este "batifaza" sau "batifaza", este poziția celei mai mari valori a variabilei biologice măsurată în scara de timp, pentru perioada considerată ca funcție a unei referință de timp. Când suntem în domeniul circadian, vârful poate fi dat în ore cu o oră ca referință (de exemplu: miezul nopții orei locale). Este posibil să se dea locația acrofazei în raport cu temperatura corpului, dar este mult mai rară.
Atunci când se utilizează metoda Cosinor , vârful va fi cel mai înalt punct al funcției sinusoidale , dar de cele mai multe ori vorbim despre un vârf în ceea ce privește valorile experimentale.
Caracterizarea este aceeași ca în științele fizice sau matematică . Reprezintă variabilitatea totală a valorii biologice măsurate pe o perioadă luată în considerare.
MESOR pentru statistica de estimare a liniei medii a ritmului . Aceasta este media aritmetică a măsurătorilor variabilei biologice.
Ritmurile biologice au origine atât endogenă, cât și exogenă :
Originea lor este genetică , sunt înnăscute și nu rezultă din învățarea individuală. Sunt guvernate de ceasuri biologice (sau cronometri ). Această caracteristică poate fi demonstrată printr-o izolare (protocol de curs liber) în timpul căreia ritmurile persistă pe o frecvență specifică acestora.
Acești factori endogeni sunt conduși de factori exogeni, Zeitgebers sau Synchronizers .
Cele mai originale endogene provine constitutia genetica a speciei si sale fizice . Este posibil ca, pe de o parte, să fie implicate gene care programează direct ritmul considerat și, pe de altă parte, structura generală a individului, în funcție atât de toate celelalte date genetice, cât și de factorii socio-psihologici.
La mamifere , ritmurile circadiene sunt controlate de un ceas circadian central situat în hipotalamus și ceasuri secundare (sau periferice ) prezente în toate organele. Acestea sunt sincronizate, direct sau indirect, de ceasul central. Această ierarhie nu există la nevertebrate (cum ar fi insectele ), ale căror ceasuri, atât cerebrale, cât și periferice, sunt direct și în principal sincronizabile cu lumina.
Există mai multe gene care codifică diferite ceasuri biologice : de exemplu, a fost descris un ceas alimentar care ar regla pregătirea digestivă a mesei viitoare (Cf. Étienne Challet și colab. , Current Biology du24 octombrie 2006).
De fapt, toate celulele din corp, și nu doar cele care aparțin unor structuri cerebrale mai specializate, au propriul lor ceas, care este dificil de demonstrat in vitro în condiții normale de laborator. Benoît Kornmann și colaboratorii săi au descoperit posibilitatea de a lăsa în activitate sau de a distruge ceasul celulelor hepatice; acest lucru a făcut posibilă determinarea faptului că ritmul lor circadian este de 90% de origine „locală”, dar că există un impact „global” (central și / sau legat direct de sincronizatori externi) de cel puțin 10%. Această parte este foarte robustă și persistă atunci când ceasul propriu celulelor periferice este blocat.
Sincronizator este un factor extern la creier, de mediu (zi / ciclu de noapte), uneori sociale, dar întotdeauna periodice, capabile să modifice perioada sau faza a unui ciclu biologic. Sincronizatorii nu creează ritmuri biologice, dar modifică perioada și faza.
Agenții principali de antrenament ritmic la om sunt naturali cu alternanța de activitate / odihnă, lumină / întuneric la nivel zilnic, sau chiar fotoperioada (zile scurte / zile lungi) și temperatura la nivel anual sau sezonier, dar semnalele secundare ale o natură cognitivă o modifică pe prima; indicatorii socio-ecologici joacă un rol important în acest domeniu.
Sensibilitatea ritmului biologic la lumină variază semnificativ odată cu vârsta, în parte datorită modificărilor lentilei și retinei în timp.
Copilul produs de exemplu , în mod proporțional cu mult mai melatonină decât adult atunci când în întuneric. Această rată scade odată cu vârsta de-a lungul vieții (de până la 10 ori mai puțin la vârstnici decât la un copil de 5 ani), care este unul dintre factorii explicativi pentru insomnia mai frecventă la vârstnici.
Ritmurile biologice sunt, prin urmare, într-o anumită măsură antrenabile (este posibilă o anumită ajustare a perioadei ritmurilor), dar sunt, de asemenea, persistente (demonstrate prin protocoale de cursă gratuită sau cursuri gratuite, în care individul este întrerupt de toate semnalele. pentru a-l resincroniza).
Ritmurile circadiene, aproape omniprezente, sunt probabil cele mai remarcabile și ușor de observat ritmuri biologice. Le putem muta fazele prin inducție, prin manipularea sincronizatorilor (în special lumina, cu două vârfuri de sensibilitate la om: unul la aproximativ 555 nm (albastru-verde) și celălalt la aproximativ 480 nm (albastru), dar care se deplasează spre 494 nm la vârstnici) și astfel creează avansuri sau întârzieri în aceste faze. Pentru anumite patologii, este astfel posibil să „resetați” ceasul biologic și, prin urmare, organizarea temporală a organismului.
Alți sincronizatori - în special cei sociali - vizează cortexul nostru . Sunt semnale și pot fi învățate. Datorită muncii cerebrale specifice, orice semnal perceput ca reper temporal poate deveni un sincronizator și poate orienta „experiența” noastră circadiană, dar și, acolo unde este cazul, circanual, ultradian etc. Cu alte cuvinte, „ceasornicul” nostru intern este influențat de zgomotul vecinilor, de declanșarea ceasului cu alarmă, de ora trecerii poștașului, de timpul zilnic în care o astfel de persoană și-a luat obiceiul de a ne suna, etc. .). La om, sincronizatorii sociali au un efect mai mare decât sincronizatorii naturali, dar observăm fenomene similare la anumite animale sociale care se sincronizează grație informațiilor date de congenerii lor. Un sincronizator social poate înlocui altul cu un fenomen de învățare.
Aceste ritmuri reglează nivelul multor hormoni . Încercăm să le luăm mai bine în considerare pentru administrarea anumitor medicamente, care trebuie administrate la momente și / sau ritmuri specifice pentru a le îmbunătăți eficacitatea, altfel schimbarea în raport cu ritmul biologic poate induce o pierdere a eficacității și / sau o creștere a efectelor secundare sau chiar în unele cazuri un efect contrar celor așteptate.