FGSM2 - UE3 : Système Neurosensoriel - Physiologie - Système d’éveil et de sommeil 1 - UE3 PDF

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Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes Faculté de Médecine Lyon Sud FGSM2 – UE3 : Système Neurosensoriel Physiologie SYSTÈME D'ÉVEIL ET DE SOMMEIL 1 Enseignant : Date du cours : Le cours a changé : Peu ou pas du tout / En partie Entièrement Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 1/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 POINTS MIS EN AVANT PAR LE PROFESSEUR NOUVEAUTÉS DE CETTE ANNÉE PARTIES NON ABORDÉES CETTE ANNÉE Points mis en avant l’année dernière : Enseignant : Dr P. Franco POINTS MIS EN AVANT PAR LE PROFESSEUR Les stades du sommeil et leurs caractéristique Les fonctions du sommeil et les systèmes de l’éveil Les mécanismes de bascule veille/sommeil Les systèmes ON/OFF du sommeil paradoxal Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 2/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 SOMMAIRE I. GÉNÉRALITÉS 5 I.A. Pourquoi dormir ? 5 I.B. Comment on reconnait un sujet endormi ? 6 I.A. L’épilepsie 7 I.C. Classification des rythmes EEG 7 II. les stades du sommeil 8 II.A. Le sommeil lent 10 II.B. Le sommeil paradoxal (SP) 11 II.C. Modifications physiologiques au sommeil 11 II.D. Hypnogramme 12 II.E. Troubles du sommeil 13 III. les fonctions du sommeil 14 III.A. Notion phylogénétique 14 III.B. Au niveau systémique 14 III.C. Au niveau cérébral 15 III.D. Notion ontogénétique 15 III.E. Le sommeil paradoxal du nouveau-né 15 III.F. Les fonctions du sommeil 16 III.G. Privation de sommeil 17 1. Accidentologie 17 2. Les dettes de sommeil chez les adolescents 17 3. Conséquences 18 IV. LE SYSTÈME CIRCADIEN : HORLOGE BIOLOGIQUE 19 IV.A. Gènes impliqués chez la drosophile 21 IV.B. Gènes impliqués chez les mammifères 21 IV.C. Expérience en libre cours 22 IV.D. Régulation de l’horloge biologique 23 IV.E. Le métabolisme de la mélatonine 24 IV.F. clinique 25 V. Bases anatomiques : 27 VI. BASES NEUROCHIMIQUES 28 VII. SYSTÈMES DE L'ÉVEIL 29 VII.A. LE SYSTÈME CHOLINERGIQUE 29 1. Voie thalamo – corticale 29 2. Voie basalo – corticale 30 VII.B. LES SYSTÈMES AMINERGIQUES DU TRONC CÉRÉBRAL 30 1. Système Noradrénergique (locus Coeruleus) 30 2. Système dopaminergique (substance noire, aire tegmentale ventrale) 31 VII.C. LE SYSTÈME HYPOTHALAMO – CORTICAL 31 1. Le système histaminergique 31 2. Le système orexinergique = hypocrétine 32 VIII. La bascule veille-sommeil 34 Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 3/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 1. Le système sérotoninergique 35 2. Le système adénosine 36 IX. La genèse des ondes cérébrales 37 X. SOMMEIL LENT/SOMMEIL PARADOXAL 39 1. Sommeil paradoxal 39 QCM : les systèmes d’éveil chercher l’intru : 42 QCM : la formation réticulaire activatrice elle est : 42 Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 4/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 I. GÉNÉRALITÉS Définition : état particulier (un stade) qui se traduit par une suspension de la vie consciente. Le sommeil est un phénomène naturel, périodique (se produit souvent à la même heure) et réversible (contrairement au coma). C’est important quantitativement et qualitativement : - 8h/jour soit 25 ans dans une vie d’adulte (1/4). - De 16 à 9 heures /jours de la naissance à l’adolescence. Le sommeil est : -naturelle -périodique -réversible ( différemment du coma) I.A. POURQUOI DORMIR ? Le sommeil est différent de la fatigue physique, se sont 2 notions différentes. Quand on est fatigué on se repose et ça va mieux. Alors que pour récupérer d’une dette de sommeil il faut dormir. Expérience privation totale et prolongée de sommeil : chez l’animal (rat) en privation totale de sommeil, au bout de 10-20 jours il va mourir. Comment priver l’animal de sommeil ? On prend un rat qui possède un capteur au niveau de sa tête qui enregistre l’activité cérébrale. Dès que l’on voit apparaitre les ondes du sommeil, le rat est stimulé (on fait bouger la plateforme sur lequel il est positionné). A un moment donné ce rat malgré une prise alimentaire augmentée, il y a une perte de poids, une perte de la thermorégulation (la température augmente) suivie du décès au bout de 10- 20 jours. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 5/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 2 records : (ils sont maintenus interdits) - Dans les années 60, 10 jours sans dormir. - Chez l’homme, le record est tenu par Tony Wright qui a tenu 11 jours sans dormir (volontaire pour faire un record, avec un régime particulier). Au bout du 11ème jour il avait des difficultés de vision, d’élocution, des hallucinations et de confusion en 2007 L’absence de sommeil entraine essentiellement des problèmes comportementaux. Au bout d’un moment donné on ne sait plus résister à dormir. I.B. COMMENT ON RECONNAIT UN SUJET ENDORMI ? On peut regarder tout d’abord le comportement : - Inactivité - Posture typique (couché) - Réactivité réduite aux stimulations extérieures - Réversibilité rapide de l’état d’endormissement Mais regarder seulement le comportement ne suffit pas car il peut y avoir des difficultés pour s’assurer que l’on dort : - Être couché et fermer les yeux sans dormir (faire semblant de dormir) - Diminution de la FC avec des exercices de sophrologie. - On peut avoir des mouvements au cours du sommeil : somnambulisme… - Certains mammifères comme le dauphin : ils nagent en dormant, un demi-hémisphère dort et l’autre est éveillé. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 6/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 Il faut donc trouver d’autres techniques que le comportement pour savoir si une personne dort ou pas : on fait appel à des notions plus électrophysiologiques. On fait donc un enregistrement de l’activité cérébrale. L’électroencéphalogramme (EEG), découvert par Hans Berger en 1929, constitue le reflet de l’activité cérébrale grâce à des électrodes de surface. L’influx nerveux est un influx électrique qui forme un champ électrique que l’on peut recueillir sur le scalp (ou sur le cortex : électrocorticogramme). On place des électrodes sur le scalp des 2 côtés à des endroits bien déterminés qui sont en face de régions anatomiques : au niveau du lobe frontal, occipital, temporal, pariétal et de la région centrale. C’est une classification internationale, mais il y a également des éléments arbitraires : tout ce qui est impaire est à gauche et tout ce qui est paire est à droite. Les électrodes vont donc recueillir l’activité de millions de neurones sous-jacents. Elles recueillent les informations de nombreuses afférences synaptiques qui sont en dessous. Plus l’activité est synchronisée au niveau de ces neurones, plus les ondes recueillies seront amples et inversement, avec une activité désynchronisée le signal sera de basse amplitude. I.A. L’EPILEPSIE La crise d’épilepsie c’est une hyperactivité anormale synchrone d’un groupe de neurones corticaux. Ce sont des crises partielles (dans une région du cerveau) ou généralisées (dans tout le cerveau) Cela se manifeste par de grands signaux sur un EEG : des ondes pointes. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 7/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 10% de la population va faire au moins une fois une crise dans sa vie (convulsions). Éléments déclencheurs des crises : une privation de sommeil ou à des médicaments, à l’arrêt de l’alcool, de benzodiazepines… Mais si les crises se répètent, alors cela devient de l’épilepsie : 1% de la population. I.C. CLASSIFICATION DES RYTHMES EEG On peut faire une classification des ondes de l’activité cérébrale en fonction de leurs amplitudes mais aussi de leurs fréquences (ex : faible amplitude et fréquence élevée = activité importante) : - Ondes β > 13 Hz (+ de 13 ondes par secondes) : on est réveillé l’activité cérébrale est rapide, les yeux ouverts, au niveau frontal. - Ondes α 8 - 13 Hz : on est toujours éveillé mais relaxé avec les yeux fermés, l’activité est caractéristique de chaque individu. On l’enregistre sur la région occipitale. C’est important parce que si on a une atteinte cérébrale (commotion…), l’activité alpha va ralentir : signe électrophysiologique important. - Ondes θ 4 - 7 Hz : on le retrouve moment de l’endormissement ou chez l’enfant (rythme plus lent que chez l’adulte). L’activité cérébrale va ralentir. - Ondes δ 0,5 - 4Hz : dans le sommeil lent profond ou chez le nourrisson. L’enfant a une activité cérébrale beaucoup plus lente que l’adulte surtout dans la première année de vie. Donc l’âge est important lors de la lecture d’un EEG. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 8/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 Rythme désynchronisé : tracé EEG avec de faibles amplitudes et de grande fréquence ce qui traduit un niveau de vigilance élevé. Rythme synchronisé : tracé EEG avec de grandes amplitudes et de faibles fréquences ce qui traduit un niveau de vigilance faible. II. LES STADES DU SOMMEIL Pour savoir si une personne dort ou pas il faut enregistrer son activité cérébrale : on fait une polysomnographie. Pour cela on a besoin de : - L’électroencéphalogramme (EEG) avec des électrodes au niveau central, frontal et occipital. - Des mouvements oculaires (EOG) : pour recueillir l’information on met des électrodes de part et d’autre des globes oculaires et en fonction du mouvement des yeux : l’électrode de droite va voir rapprocher le globe oculaire et de l’autre côté elle va voir le globe s’éloigner. Les électrodes peuvent détecter le globe car c’est un dipôle : rétine – cornée. Une électrode voit se rapprocher le dipôle et l’autre l’inverse : on va donc observer des oppositions de phase dans le recueil des données. - De l’activité musculaire (EMG) : on met des électrodes au niveau du menton pour avoir le tonus mentonnier. On va pouvoir déterminer les différentes phases du sommeil avec l’enregistrement qui se lit sur 30 secondes : - L’éveil : on va avoir une activité oculaire, une activité musculaire et aussi un EEG rapide et désynchronisé. Le sommeil léger comprend : o Toujours du tonus musculaire mentonnier, o Mais il n’y a plus de mouvement oculaire. - Le sommeil lent léger 1 : lorsque la personne commence à s’endormir, on va avoir une baisse de l’activité cérébrale. Il y a : - Le sommeil lent léger 2 : on a deux grapho-éléments caractéristiques : o Les fuseaux de sommeil (spindle sur le schéma) : décharges d’activité rapide entre 11 et 16 cycles par seconde. (Ils surviennent de manière régulière et durent au moins 500 ms.) o Des cas complexes (complexe K sur le schéma): de grandes ondes - Le sommeil lent profond : on voit de grandes ondes lentes delta avec 0,5 à 4 cycle par seconde. Il en faut plus de 25% de la page de 30 secondes pour dire que l’on est bien dans un sommeil long profond. - Le sommeil paradoxal (REM sleep) : on dit qu’il est paradoxal car on est en sommeil mais : Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 9/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 o Il y a une activité cérébrale rapide comme à l’éveil o Des mouvements oculaire (ressemble à l’éveil) o MAIS il n’y a PLUS de tonus musculaire o C’est le sommeil des rêves, l’absence de tonus musculaire est une manière de nous protéger pour ne pas agir pendant nos rêves Avant il y avait deux stades dans le sommeil lent profond : Mais maintenant on ne fait plus qu’un seul stade. on considère que l’on est en sommeil lent profond dès que l’on a plus de 20% d’ondes delta. Stade 3 : ondes delta entre 20 et 50% Stade 4 : ondes delta > 50% La différence entre la veille et le sommeil paradoxal ne se fait pas au niveau de l’électro, mais au niveau du TONUS MUSCULAIRE (atonie musculaire). En français on dit sommeil paradoxal car c’est Michel Jouvet qui ’a découvert l’atonie musculaire pendant cette phase et l’a appelé ainsi. En 1968 il y a eu des règles éditées par Rechtschaffen et Kates : ils proposent de scorer le sommeil par période minimales d’analyse de 20 ou 30 secondes. Et il faut dire sur cette page de 30 s ce que l’on voit. Est-ce que l’on voit plus de 50% de la page représentant un stade particulier ? si on voit plus de 50% avec des caractéristiques d’éveil on score en éveil. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 10/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 En 2007 on a changé un peut le scoring et on a fusionné les stades 3 et 4 (on a plus qu’un stade pour le sommeil lent profond). Entre éveil et sommeil paradoxal la plus grande différence c’est le tonus musculaire. Entre sommeil lent stade 2 et sommeil lent stade 3 la différence se situe au niveau de l’électro encéphalogramme. II.A. LE SOMMEIL LENT Pendant le sommeil lent on a : - Une diminution de l’activité cérébrale : tout se ralenti, surtout dans le sommeil profond. Avec une diminution de la consommation en O2 et en glucose. - L’EEG à des ondes delta - Une perte de sensibilité aux stimuli : il faut beaucoup plus insister pour réveiller quelqu’un. Les informations sensorielles n’atteignent presque plus le cortex. - Une diminution générale du métabolisme : ralentissement respiratoire, cardiaque, de la tension artérielle… Il est formé de 3 stades, le stade 0 correspondant à l’éveil. II.B. LE SOMMEIL PARADOXAL (SP) Le sommeil paradoxal correspond à : - Une intense activité du cerveau (parfois plus rapide qu’à l’éveil) - Deux types d’ondes : alpha et bêta comme à l’éveil. - Correspond au rêve en général : car lorsque l’on réveille une personne qui est en SP il se souvient à 90% de ses rêves. Alors que si on réveille une personne en sommeil lent il ne se souvient pas bien car même s’il y a des rêves pendant le sommeil profond, les rêves sont plus vivaces et colorés en SP. - Mouvement rapide des yeux (REM sleep). - On a une perte du tonus musculaire, paralysie complète - Augmentation des rythmes cardiaques, respiratoires et tension artérielle - Thermorégulation suspendue - Érection (pénis ou clitoris) - Durée : de 5 à 50 minutes Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 11/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 Pour savoir si l’impuissance était d’origine organique ou psychologique on faisait des enregistrements : si pendant le sommeil paradoxal il n’y avait pas d’érection alors l’origine était organique. II.C. MODIFICATIONS PHYSIOLOGIQUES AU SOMMEIL Donc lorsque l’on s’endort on passe du sommeil lent léger 1 (LL1) puis au LL 2 puis au sommeil lent profond. Ensuite on remonte au sommeil paradoxal. Pendant le sommeil lent on a une diminution de la fréquence cardiaque et respiratoire puis une augmentation dans le sommeil paradoxal (respiration irrégulière). On a une abolition du tonus musculaire également lorsque l’on passe dans le sommeil paradoxal avec une érection pénienne. Une autre caractéristique du sommeil paradoxal est la suspension de la thermorégulation. Lorsque l’on dort dans le froid il y a donc une diminution des temps de sommeil paradoxal afin d’éviter de ne chuter trop en température. II.D. HYPNOGRAMME L’hypnogramme forme le déroulement des stades du sommeil : - Eveil - Sommeil lent léger - Sommeil lent profond (en début de nuit) - Sommeil paradoxal (en fin de nuit) - Puis redescente en sommeil lent léger et profond… - Avec 5 à 6 cycles par nuit de 90 à 120 minutes - Adulte dort entre 7 et 8 heures par nuit Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 12/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 On a beaucoup de sommeil profond en début de nuit et beaucoup de sommeil paradoxal en fin de nuit. De quoi est composé nos nuits ? - 50% de sommeil lent léger 2 - 20% de sommeil paradoxal - 20% de sommeil lent profond - Très peu de sommeil lent léger 1 (sommeil de mauvaise qualité) et d’éveil. QUIZZ : il faut dormir 7H par nuit ? vrai / faux C’est vrai et faux car les besoins de sommeil varient d’une personne à une autre : - Petit dormeur < 6h, on en trouve plus pendant la semaine - Gros dormeur > 9h Généralement on dort plus le week end que dans la semaine car on est en privation de sommeil la semaine. Donc il faut regarder son temps de sommeil pendant les vacances pour savoir son rythme. Il n’y a pas beaucoup de petit dormeur c’est la société qui veut qu’on dorme moins longtemps. Il faut au moins 4h de sommeil pour récupérer avec du sommeil lent. Ce qui différencie ces deux types de dormeurs : c’est que lorsqu’on est un petit dormeur on a une perte du sommeil lent léger 2. Par contre lorsque est en privation de sommeil on va faire tout le sommeil lent mais on fait une privation de sommeil paradoxal qui vient plus à la fin de la nuit. QUIZZ : plus on prend de l’âge, plus notre sommeil est léger ? vrai / faux Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 13/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 C’est vrai. Avec l’âge on perd du sommeil lent profond à l’adolescence et à partir de 30 ans qui est remplacé par du sommeil lent léger. A partir de 50 ans on perd du sommeil paradoxal et on a plus de réveils nocturnes. On a donc un sommeil chez les personnes âgées qui est de moins bonne qualité. L’adolescent perd en moyenne 40% de son sommeil lent profond par rapport à sa période de préadolescence II.E. TROUBLES DU SOMMEIL L’hypnogramme change lorsque l’on a des troubles du sommeil. Le retard de phase : on décale notre rythme de sommeil parce que le couché est plus tard que la normale. Le sommeil est normal mais simplement décalé, on dort de la même manière et la quantité est égale si on nous permet de finir la nuit. C’est un sommeil décalé. Il existe aussi des avances de phase.on parle de retard de phase à plus de 2h de décalage L’insomnie : il y a une difficulté pour s’endormir (plus de 30 min), et en plus il se réveille pendant la nuit ou il se réveille tôt. L’hypersomnie : ce sont ceux qui dorment beaucoup. Ils vont se coucher à l’heure habituelle voir plus tôt et ils ont besoin de dormir plus de 11h/24H. on a dont une augmentation des heures de sommeil. L’apnée du sommeil : ce sont ceux qui vont avoir des problèmes respiratoires, notamment dans le sommeil paradoxal car il n’y a pas de tonus musculaire. On est hypotonus du coup on a du mal à rester avec des voies aériennes supérieures perméables au niveau du pharynx. Souvent dans le sommeil paradoxal Parenthèse sur le travail de nuit/posté : 24min —> « contre nature » La parasomnie : retrouvé essentiellement chez l enfant, cela correspond au somnambulisme III. LES FONCTIONS DU SOMMEIL III.A. NOTION PHYLOGENETIQUE Dans le règne animal toutes les espèces dorment, ubiquitaire Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 14/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 Le sommeil paradoxal : pas de régulation de l’homéothermie : il est donc apparu QUE dans les espèces homéothermes (le lézard n’y a pas droit par exemple). Le sommeil lent : restauration énergétique. Plus l’animal est petit plus il besoin de sommeil. Cela se voit majoritairement chez les animaux herbivores. La durée de sommeil augmente quand la masse corporelle diminue. III.B. AU NIVEAU SYSTEMIQUE Dans le sommeil lent profond : on a une augmentation de l’hormone de croissance, le rythme cardiaque, les fréquences respiratoires diminuent, stimulation du système immunitaire. Il y a aussi des modifs au niveau des hormones, moins d’insuline sécrétée, le taux de glucide est donc plus élevé pour être protégé de l’hypoglycémie. Si le repas est proche de l’heure du couché on n’a pas assez d’insuline pour contrer l’apport de sucre donc on risque une intolérance glucidique et un diabète. On a une synthèse protéique importante, donc une absorption des lipides. Une sécrétion de la leptine satiété) versus la ghréline (appétit) Le sommeil lent profond est important pour le métabolisme. III.C. AU NIVEAU CEREBRAL Le sommeil lent est important pour le cerveau. Il y a une activité cérébrale intense durant la journée avec une accumulation de déchets dans le LCS. L’élimination de ces déchets se fait durant le sommeil lent profond. Si on ne dort on a une accumulation de ces déchets avec un risque de toxicité à terme. III.D. NOTION ONTOGENETIQUE On regarde ce qu’il se passe entre les différents âges au sein d’une même espèce. On observe donc une relation entre la quantité de sommeil paradoxal et l’apprentissage. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 15/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 Si on prend par exemple le chat (travaux M.Jouvet) : le chaton a beaucoup de sommeil paradoxal tandis que lorsqu’il devient plus grand la quantité de SP diminue. Par contre le cobaye lui a peu de sommeil paradoxal depuis la naissance. Cela est dû au fait qu’il est mature, compétent dès la naissance il a déjà une habilité motrice et il est autonome. Alors que le chat lui à des progrès à faire au niveau moteur et sensoriel. Le sommeil paradoxal est important pour le neuro dévelopemment. C’est pareil pour l’homme parce que à la naissance on a entre 50 et 60% de sommeil paradoxal et ça va diminuer dans les deux premières années de vie jusqu’à atteindre 20%. La quantité de sommeil paradoxal diminue avec la maturation de l’individu. = 28-29 min surtout pour conclusion III.E. LE SOMMEIL PARADOXAL DU NOUVEAU-NE A quoi sert le sommeil paradoxal ? Il a une importance dans l’apprentissage, à la régulation émotionnelle. Pendant leur sommeil les nouveau-nés font des sourires, des mimiques de manière neutre. Mais ces sourires ne sont pas réflexes, il est spontané jusqu’à 4 mois de vie. Il n’y a pas que le sourire mais l’ensemble des mimiques. Pendant cette période de la vie, le nouveau- né test ses facultés de communications en testant les différentes mimiques pendant le sommeil paradoxal c’est une sorte de répétition pour rentrer en communication sociale plus tard. Ces mimiques sont bien dépendantes du cortex, car les nouveau-nés qui n’ont pas d’encéphale ne sourient pas. Les nouveau-nés et les chatons ont non seulement des mimiques mais aussi des « twitchs », ils bougent les extrémités des doigts et des orteils. A quoi ça sert ? Les twitchs sont dépendants du tronc cérébral et envoyés aux membres et ensuite il y a un feedback neurosensoriel jusque dans le cortex. Ça permet de tester son système sensori-moteur et de l’adapter pour le développement des activités motrices qu’il va développer par la suite (marche, préhension, la position assise et la motricité manuelle…). C’est un stade du sommeil différent du stade paradoxal de l’adulte car il est plus tonique : c’est le sommeil agité du nouveau-né. Il a une importance pour la suite dans le comportement, la motricité, le neuro développement, la mémoire, la restauration énergétique, la croissance, l’apprentissage, la gestion des émotions et dans les interactions sociales. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 16/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 Le SP est également très important au niveau des émotions. Par exemple lorsqu’on montre des images traumatisantes, on fait différentes IRM pour voir ce qu’il se passe Azu moment de la visualisation de ces images, on voit qu’il y a une activation au niveau des amygdales. Puis on refait la même chose mais suite à une période de sommeil et on se rend compte que lorsqu’il y a eu du sommeil la stimulation au niveau des amygdales diminue —> désensibilisation émotionnelles à ces images traumatisantes. Les rêves : comme des simulateurs de danger. III.F. LES FONCTIONS DU SOMMEIL Il a un rôle dans : - L’apprentissage et la mémorisation : consolidation des circuits neuronaux. - Métabolisme et croissance - Récupération : les 4 à 5 premières de sommeil profond nécessaire à l’organisme. - La régulation émotionnelle et l’équilibre psychique : le sommeil paradoxal permet de tester certaines situations notamment de danger. Ainsi lorsque l’on affronte la vie les réactions sont plus modérées : régulateur émotionnel ou de tampon émotionnel. - L’immunité, on a moins d’efficacité vaccinal si on a pas beaucoup de sommeil. Lorsqu’on est malade, le sommeil est modifié, car il faut du sommeil profond pour récupérer de la maladie. Il faut de la fièvre pour une meilleure réaction immunitaire et que les agents infectieux se développent moins bien. Cette fièvre coûte de l’énergie mais on récupère durant le sommeil profond. III.G. PRIVATION DE SOMMEIL 1. Accidentologie En cas de privation de sommeil on risque de s’endormir au volant. 20% des français se sentent somnolent et 7% s’endorment sans pouvoir résister dans la journée. 20% des accidents sont dus à la somnolence au volant : 8000 personnes meurent par an dans les accidents liés à la circulation. Catastrophes écologiques dû à la privation de sommeil (Tchernobyl, bhopal…) C’est souvent au milieu de la nuit vers 4h ou 5h du matin que l’on prend les mauvaises décisions. En France, la moitié des personnes disent qu’ils ne dorment pas assez. Parmi ceux-là la majorité dorment 7-8 h par nuit. C’est donc qu’ils dorment moins que ce dont ils ont besoin. Aux États-unis entre 1985 et 2004, le nombre de personnes qui dorment moins de 6h par nuit a augmenté surtout entre 30 et 64 ans pendant la vie active. On a une différence minime entre les femmes et les hommes mais globalement les femmes dorment un peu plus que les hommes. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 17/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 2. Les dettes de sommeil chez les adolescents L’adolescent en évoluant vers l’âge adulte perd du temps de sommeil. Dans les graphiques d’évolution du temps de sommeil en fonction de l’âges et des générations, on peut voir qu’avec l’apparition d’internet on a perdu du temps de sommeil. 25 % des adolescents de 15 ans sont en privations de sommeil (moins de 7h par nuit au lieu des 9h nécessaires). ÉTUDE SUR 270 000 ADOLESCENTS On peut voir que l’on est en privation de sommeil lorsque l’on dort 2 h de plus les nuits de weekend. Cela veut dire que l’on récupère. On est donc pratiquement en privation de sommeil dans toutes les couches d’âge. C’est un souci de santé publique partout dans le monde. 3. Conséquences Les plus grandes conséquences sont sur le diabète et l’obésité. On peut voir une évolution de l’obésité dans les pays (Etats-Unis : 30% et France : 16%). On a une nette augmentation de l’obésité liée à la privation de sommeil. Tout cela avec pour complication le diabète qui est la 7 ème cause de décès. En 2030, 500 millions d’obèses. Le lien entre diminution du sommeil et obésité se fait par différents éléments : - On augmente notre fatigue : donc on diminue notre activité physique - On dort moins donc on a plus d’opportunité pour manger : on augmente donc nos calories ingérées - Diminution de la Leptine (anorexigène) et augmentation de la Ghréline (orexigène) : augmentation de la faim et du grignotage. En privation de sommeil le lendemain on a 30% d’appétit en plus. - Diminution de la tolérance au glucose : ce qui conduit à l’insulinorésistance et au diabète. - Modification Hormonal (prouvé par une étude avec 4h de sommeil au lieu de 8h) plus de cortisol donc plus de stress. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 18/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 Donc pour la prévention de l’obésité on a des informations sur le sommeil pour mieux dormir en quantité et en régularité. Dans les troubles du sommeil chez l’adulte on a : - 20 – 30% : insomnie (10% chez les adultes qui consomment des somnifères risques accidentologies et d’addictions) - 2 – 4 % : troubles respiratoires nocturnes (apnées du sommeil), augmente avec obésité, tabac, âge. Les conséquences des apnées du sommeil sont : - Risque d’AVC mortels x 2,8 dans les 10 ans suivant l’apparition si pas pris en charge. - 6 fois plus de troubles d’apprentissage chez les enfants. Dans une étude américaine sur 300 enfants de 6 ans : la majorité des enfants avec une apnées du sommeil sont en échec scolaire. Puis quand il y a une prise en charge de cette apnée du sommeil (on enlève les amygdales) l’année suivante tout se rétabli. - Risque d’hypertension Une opération pourrait aujourd’hui réduire ces troubles L’apnée du sommeil est donc un problème de santé publique. IV. LE SYSTÈME CIRCADIEN : HORLOGE BIOLOGIQUE Le sommeil est un état PERIODIQUE et NATUREL, c’est-à-dire que cela survient toujours à la même heure. Étude de 1729 par Jacques d’Orthous de Mairan : pourquoi les plantes referment leurs feuilles la nuit ? Pour voir si c’est une réaction due à la lumière. Il a mis les plantes dans une armoire fermée, Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 19/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 il a remarqué que même sans l’impact de la lumière les plantes fermaient quand même leurs feuilles la nuit. C’est donc indépendant de la lumière. Un rythme biologique se définit comme la variation périodique ou cyclique d’une fonction particulière d’un être vivant C’est donc un système qui régit toutes les espèces : systèmes de périodicité circadienne. Ce rythme biologique se définit comme la variation périodique ou cyclique d’une fonction particulière d’un être vivant. Le rythme circadien est proche de 24h, il est quasi irréversible, il est valable pour de nombreux autres systèmes physiologiques (la température, la sécrétion hormonale, le rythme sommeil-veille, l’activité locomotrice…). Il existe aussi d’autres rythmes : - Rythme infradien : période de plus de 30 h (rythme des saison) - Rythme ultradien : période de moins de 20 h (régulation du sommeil paradoxal) Régulation circadienne : C’est une propriété quasi universelle, avec l’existence de facteurs génétiques et des interactions avec l’environnement. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 20/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 Ces enregistrements montrent que les rythmes circadiens peuvent être rétabli par des greffes Etude avec la souris : on fait un enregistrement actimétrique (on enregistre l’activité sur plusieurs jours). On peut voir que la période d’éveil se décale tous les jours (la période d’activité bouge en fonction du rythme circadien). La genèse des rythmes circadiens se fait dans le noyau supra-chiasmatique (NSC) de l’hypothalamus. Si on enlève ce NSC de cette souris, il n’y a plus du tout de rythme/activité ciracidenne. Si on implante le NSC d’une autre espèce, alors cette souris va adopter le rythme circadien de l’espèce transplanté. Le NSC est une structure diencéphalique située juste en dessous du thalamus Le NSC comprend plusieurs petits noyaux impliqués dans la reproduction, les rythmes circadiens, les hormones et l’homéostasie. Dans le NSC on va avoir quatre gènes et leurs protéines qui vont être impliqués dans la régulation des rythmes circadiens. Ils forment une boucle de rétrocontrôle sur laquelle agit la lumière. Une souris dont le gènes CLOCK a été muté perd toute rythmicité en condition d’obscurité permanente. IV.A. GENES IMPLIQUES CHEZ LA DROSOPHILE Le gène per : code pour une protéine PER. Cette protéine est un facteur de transcription qui est responsable de la RYTHMICITE. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 21/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 Si on change ce gène per on change le rythme circadien. C’est le gène le plus important. Si on le détruit on a une arythmie, si on le mute la période va changer. Il travaille avec le gène Tim : il code pour la protéine TIM Le dimère CLOK/CYC active la transcription des gènes PER et TIM au niveau du noyau des cellules du NSC. Les protéines PER et TIM diffusent dans le cytoplasme où elles vont former un dimère PER/TIM. Le dimère TIM/PER est indispensable ! Ce dimère PER/TIM lorsqu’il retourne dans le noyau va inhiber l’expression du dimère CLOK/CYC ce qui empêche la formation des protéines PER et TIM. On a donc un effet de balance entre les deux systèmes. La prof parle de balance, mais pour comprendre on peut voir ça comme un rétrocontrôle négatif. En plus de l’aspect génétique, l’environnement a aussi un impact important : Il y a un effet de la lumière sur le gène CRY qui a une action sur ce dimère PER/TIM qui va séparer les deux protéines. Il y a donc moins d’inhibition de la transcription des gènes PER et TIM. On voit donc bien une interaction entre la génétique et l’environnement. Chez la drosophile on a donc deux dimères : PER/TIM et CLOCK/CYC IV.B. GENES IMPLIQUES CHEZ LES MAMMIFERES Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 22/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 Chez l’homme on retrouve les gènes : M PER 1,2,3 M CRY 1,2 (gène TIM chez la drosophile) Bmal 1 (gène CYC chez la drosophile) CLOCK On a en commun avec la mouche les gènes PER et CLOCK qui sont le centre de la machinerie cellulaire pour les rythmes circadien. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 23/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 Tout en sachant qu’au niveau du noyau supra-chiasmatique il n’y a pas que des gènes horloges. On va en trouver dans tous les organes, dans toutes les cellules. Les cellules du NSC agissent comme le chef d’orchestre : elles imposent le rythme aux autres. QUIZZ : est-ce que l’avenir appartient à ceux qui se lèvent tôt ? vrai / faux Vrai et Faux car si on est du matin on va être très efficace le matin et on va se lever plus tôt mais du coup se coucher aussi plus tôt. Alors que si on est du soir et que l’on se lève tôt le matin on ne va pas être efficace le matin mais plus tard dans la journée. On peut avoir des chronotypes différents. La semaine on voit moins les différences à cause des rythmes sociaux, en revanche le week end on peut mieux voir les différences. IV.C. EXPERIENCE EN LIBRE COURS Expérience de la grotte en Ariège : On a vu que chez la souris le cycle de sommeil se décalait tous les jours, chez l’homme c’est la même chose. Si on prend une personne volontaire et qu’on la met dans une grotte sans repère de temps, son endormissement va se décaler tous les soirs de 20min (Il va s’endormir 20 min plus tard). La personne à un rythme en libre cours, car notre noyau supra chiasmatique est réglé sur 24h et 20 min (pas exactement 24h). En situation d’isolement les rythmes se décalent puisque notre horloge interne a une période de plus de 24h. IV.D. REGULATION DE L’HORLOGE BIOLOGIQUE Pour rester sur un rythme de 24 h on a donc besoin de synchroniseurs : - Sociaux : le lever, les repas… Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 24/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 - L’alternance lumière / obscurité : c’est l’élément le plus important. Elle conduit à la sécrétion au niveau de la glande pinéale de mélatonine. La mélatonine va permettre de synchroniser l’horloge interne (NSC) et la remettre à 24h ainsi que tous les rythmes qui découlent de cette horloge : la sécrétion de cortisol, la température, le rythme sommeil / veille, l’immunité et la division cellulaire … Les personnes susceptibles de ne pas avoir de rythme sont celles souffrant de cécité IV.E. LE METABOLISME DE LA MELATONINE Le système commence par l’arrivée de la lumière au niveau de la rétine. Dans la rétine il y a des cellules ganglionnaires spéciales qui sont les cellules à mélanopsine qui sont sensibles à la lumière (surtout la bleue). Ces cellules vont transmettre un signal au noyau supra -chiasmatique. Puis de là découle un long parcours passant par: - La moelle épinière - Le ganglion cervical supérieur - Puis on arrive au niveau de la glande pinéale On va avoir une sécrétion de noradrénaline au niveau des terminaisons nerveuses. Lorsqu’il y a action au niveau des récepteurs de la glande pinéale, la sécrétion de mélatonine qui se Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 25/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 fait à partir de tryptophane ne se fera plus. Donc en présence de lumière, on aura pas de sécrétion de mélatonine (qui régule le NSC qui a une action sur le sommeil). Inversement, à l’obscurité, l’inhibition est levée et la mélatonine pourra être sécrétée par la glande pinéale. La glande pinéale (ou épiphyse) est une glande endocrine diencéphalique attachée à l'extrémité postérieure du thalamus, juste au-dessus du colliculus supérieur. Elle sécrète la mélatonine. Les écrans bleu inhibent la sécrétion de melatonine ( c est pour ça qu on conseille de ne pas regarder son téléphone avant de se coucher !) La personne âgée a une atrophie de cette glande pinéale et donc moins de sécrétion de mélatonine. IV.F. CLINIQUE On a un patient qui vient pour un trouble du sommeil. Il remplit un agenda du sommeil : il écrit le moment du couché, combien de temps il met pour s’endormir. La partie ou il dort est hachuré en gris foncé. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 26/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 Selon le patient il s’endort vers 21h et il se lève vers 7h du matin. Mais on voit quelque chose d’anormal c’est qu’il y a des zones de sommeil au milieu de la journée (faire la sieste à 15 ans ce n’est pas normal) => est ce qu’il faut s’inquiéter ? ATTENTION il a 15 ans => il ne faut jamais faire confiance aux ados… On fait une actimétrie (grâce à un accéléromètre) pour voir les moments de repos et d’activité. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 27/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 On voit qu’en fait il se couche vers 1-2h du matin (enregistrement d’activité) et il se réveil péniblement vers 12h. Donc quand on l’oblige à se lever à 7h, il n’a pas fini son cycle de sommeil. C’est pour ça qu’il y avait des moments d’endormissement dans la journée. Il était sur son ordinateur à jouer c’est pour ça qu’il s’endormait aussi tard. Or, les cellules à mélanopsine sont sensibles à la lumière bleue (la lumière de l’écran), la sécrétion de mélatonine est alors inhibée, il ne s’endort pas. On se retrouve donc avec un retard de phase. Tout est normal mais décalé. Si on dose la mélatonine : on voit un décalage de la sécrétion de quelques heures. Il faut se méfier des écrans LED (avec la lumière bleue 460 nm) qui vont bloquer la sécrétion de mélatonine. Dans une étude sur 10 000 adolescents en Norvège on voit qu’avant d’aller se coucher la majorité utilisent des écrans, un peu plus de téléphone pour la fille et un peu plus de console pour le garçon (cela représente 90% des ados) Ils passent environ 6h-7h devant un écran par jour. Plus on est exposé aux écrans plus le temps de sommeil diminue (diminution de 2 à 3 h par jours). Plus le nombre d’écrans est combiné plus l’effet est important. L’autre effet associé est aussi la difficulté à s’endormir à partir de 2h par jour passé devant les écrans. Pour pallier ce problème (le retard de phase) qu’elle est la solution à effectuer : - Supprimer les écrans le soir ou dans l’après midi - éviter boissons stimulantes, tabac avant le couché - Chronothérapie : avancer l’heure du couché - Luminothérapie le matin (10 000 lux le matin et diminution de la luminosité le soir) pour couper la sécrétion de mélatonine. Prendre une douche chaude et aller au soleil. - Prise de mélatonine le soir (cellule) pour avancer la phase. - Hygiène de vie et de sommeil, douche froide avant le couchée - Thérapie cognitivo-comportementale - Psychothérapie : si l’ado dort au lieu d’aller à l’école penser que cela peut être dû à des problèmes sous-jacents : dépression, désinsertion sociale, phobie scolaire… QUIZZ : est-ce que la durée des journées détermine la durée du sommeil ? c’est-à-dire est-ce que de longues veillées augmentent l’intensité, la profondeur du sommeil et la durée de la nuit ? y a t-il un lien entre les jours et la nuit ? Vrai ou Faux ? Faux En fait si on est éveillé pendant longtemps ce n’est pas pour ça que l’on va dormir énormément par la suite. Ce qui se passe c’est que l’on va dormir plus intensément. Si on est en privation de sommeil on va avoir notre quantité d’ondes lentes qui vont augmenter. On va donc avoir un sommeil plus profond plus qualitative et pas plus long. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 28/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 V. BASES ANATOMIQUES : Le baron Von Economo en 1917, a observé suite à une épidémie de grippe que soit les patients étaient en éveil permanant soit ils étaient tout le temps dans un état de sommeil. Suite à leur décès il regarde leur cerveau. Ceux qui étaient en éveil permanant : ils avaient une destruction au niveau de l’hypothalamus antérieur Ceux qui étaient en sommeil permanant : ils avaient une destruction au niveau de l’hypothalamus postérieur. On savait que l’hypothalamus jouait un rôle important sur l’éveil et le sommeil. Mr Bremer en 1935 a fait différentes expériences : Il a fait une section au niveau de la partie inférieure du TC (sur le chat) : préparation en encéphale isolé => si on enregistre on a toujours une activité Veille – Sommeil, les cycles sont conservés. Si on fait la section plus haute au niveau du mésencéphale : préparation en cerveau isolé => le chat est plongé en sommeil permanent. La partie entre les deux (le pont) parait donc particulièrement intéressante pour l’éveil. C’est comme ça que Moruzzi et Magoun en 1949 ont stimulé cette région pontique avec des décharges électriques chez des personnes endormies et cela a provoqué l’éveil. Ils ont donc découvert la formation réticulée activatrice ascendante de l’éveil (+++), si cette zone est stimulée (stimulations sensorielles ou motrices) cela va nous réveiller. Cette zone reçoit toutes les stimulations sensorielles. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 29/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 On a donc deux grandes régions clés pour le sommeil : c’est l’hypothalamus et le tronc cérébral. La formation réticulée activatrice ascendante (FRAA) est donc une zone importante, elle a des liens avec l’ensemble du cortex. Lorsque l’on stimule la FRAA on a tout d’abord l’éveil de l’individu. Sa stimulation se fait par toutes les afférences sensitives et sensorielles. Les afférences ont pour but de nous réveiller si on est en danger. L’autre élément qui peut stimuler cette région est le cortex. L’activité motrice va stimuler cette région. VI. BASES NEUROCHIMIQUES On va donc avoir dans le système de l’éveil deux régions anatomiques importantes couplées à différents systèmes neurochimiques, 5 systèmes pour se maintenir éveiller : - Le tronc cérébral – pont – mésencéphale Système cholinergique Système aminergique Système sérotoninergique - Hypothalamus Système orexinergique (70 000 cellules) : le déficit en cellules à orexine entraine des crises de narcolepsie (besoin de sommeil augmenté) / cataplexie. C’est un des systèmes les plus important au niveau de l’éveil. Système histaminergique Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 30/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 Tous ces systèmes nous permettent de rester éveillé : cela traduit l’importance pour l’espèce de rester éveillé VII. SYSTÈMES DE L'ÉVEIL VII.A. LE SYSTÈME CHOLINERGIQUE Ce système se situe dans la formation réticulée activatrice au niveau du tronc cérébral. Ce système possède deux voies fondée sur deux noyaux : PPT et LDT. 1. Voie thalamo – corticale Dans la formation réticulée qui reçoit l’influx sensorielle de tout l’organisme on a deux noyaux importants : le PPT (noyau ponto-pedoncular-tegmentum) et le LDT (noyau latero-dorsalis- tegmentum). Ces deux noyaux sont cholinergiques. Ces noyaux vont envoyer des informations/stimulations vers le thalamus, on a un relais thalamo- cortical qui va activer le cortex : c’est la voie thalamo-corticale. C’est donc le système cholinergique qui va transmettre l’information au thalamus, avec un relais au niveau des noyaux intra- laminaires du thalamus. Puis l’information va du thalamus au cortex. Si on détruit ces deux noyaux est ce que l’on est en sommeil irréversible/permanent ? NON Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 31/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 La destruction cellulaire de la formation réticulée mésencéphalique ou son relais thalamique n’entraine JAMAIS la disparition durable de l’éveil. Ce système est utile mais pas indispensable pour rester éveiller. 2. Voie basalo – corticale La formation réticulée activatrice passe également par une deuxième voie/circuit : la voie basalo- corticale au niveau du noyau de Meynert qui se trouve dans le télencéphale basal. On a donc des fibres qui passent par ce noyau, elles vont stimuler un relais et vont ensuite passer soit au niveau du cortex soit par le thalamus pour ensuite stimuler l’éveil. Toujours cholinergiques. Si on élimine le télencéphale basal, est-ce qu’on on va s’endormir définitivement ? : NON On voit que à J1 on a une diminution de l’état de veille mais ça se stabilise par la suite dès J2. C’est donc encore un noyau qui n’est pas indispensable à l’éveil. Là encore, système utile mais non indispensables. Ici on remarque les pourcentages d’éveil avant la destruction. Puis la lésion est réalisé et on remarque qu’à part le premier jour où il y a une dérégulation, par la suite, le pourcentage revient à son état initial. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 32/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 VII.B. LES SYSTÈMES AMINERGIQUES DU TRONC CÉRÉBRAL 1. Système Noradrénergique (locus Coeruleus) Il est important, pendant l’éveil car on a les neurones du locus Coeruleus qui sont actifs. Alors que dans les autres stades du sommeil on observe aucunes décharges. Ce sont des cellules qui ne sont fonctionnelles que pendant l’éveil. Cependant si on élimine ce noyau on reste éveillé. 2. Système dopaminergique (substance noire, aire tegmentale ventrale) Ce système est aussi important pour l’éveil. Pour la dopamine, lorsque l’on fait une préparation en cerveau isolé ou le cerveau est endormi (lorsque les ondes sont lentes) et que l’on injecte de l’amphétamine qui est un agoniste dopaminergique on créer de l’éveil (ondes deviennent rapides). La dopamine est donc un stimulant. Mais si on supprime ces deux noyaux (lésions au niveau du locus Coeruleus ou dans le système dopaminergique) on n’a PAS une abolition de l’activation corticale (= de l’éveil). Donc pas indispensables non plus. Les systèmes les plus importants sont au niveau de l’hypothalamus. VII.C. LE SYSTÈME HYPOTHALAMO – CORTICAL Le baron Von Economo en 1926-1927 avait mis en évidence que si on détruisait l’hypothalamus postérieur on plongeait le patient dans un sommeil permanent. Donc l’hypothalamus postérieur est indispensable. Si lorsque l’on dort on fait une injection d’amphétamine, on va entrer dans un stade de veille. Par contre si on bloque les stimulations/décharges au niveau des neurones de l’hypothalamus postérieur, on retourne dans une phase de sommeil. Cette zone est donc très importante (+++). C’est la seule région qui, si elle est détruite, entraîne une hypersomnie ! Il y a deux types de neurones dans l’hypothalamus postérieur qui sont responsables de l’éveil. - Les neurones à orexines : dans l’aire hypothalamique latérale. Responsable de la narcolepsie si elles disparaissent. - Les neurones à histamine : dans le corps mamillaire. : les cellules déchargent uniquement à l’éveil. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 33/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 1. Le système histaminergique Les neurones à histamine déchargent (sont actifs) uniquement dans les états de veille et jamais dans les états de sommeil. Mécanisme d’éveil et de la transmission histaminergique : On va avoir la synthèse de l’histamine avec la présence de plusieurs types de récepteurs à histamine : - Le récepteur H1 : induit l’éveil - Le récepteur H2 : qui facilite l’éveil - Le récepteur H3 : qui régule la sortie de l’histamine, c’est un antagoniste Si on utilise un antagoniste du récepteur H1, on induit une somnolence. Les antihistaminiques pour les allergies ont comme effet secondaire la somnolence en bloquant les récepteurs H1. Si on bloque la recapture de l’histamine ont va avoir une activation des cellules et donc on va créer de l’éveil. Il y a une nouvelle molécule qui est sortie, c’est le Pitolisant : c’est un antagoniste des récepteurs H3. Il va donc bloquer la recapture de l’histamine et entrainer une activation continuelle des cellules cibles par l’histamine, il va ainsi favoriser l’éveil. Cette molécule est interessante pour certaines maladie comme la narcolepsie/hypersomnie. 2. Le système orexinergique = hypocrétine Le système à Hypocrétine (=orexine) a un rôle très important dans les crises de Narcolepsie / cataplexie (perte des cellules à orexine probablement par un processus auto-immun, ou après une vaccination avec le cas de l’épidémie de grippe H1N1 qui augmenterais le risque de destruction des cellules en augmentant l’immunité entre ces dernières). Cette hypocrétine, orexine a été découverte simultanément par deux équipes : ceux qui cherchaient son implication dans le sommeil et ceux qui l’étudiaient par son aspect métabolique. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 34/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 Quand le taux de glucose dans le sang diminue, la stimulation au niveau des cellules hypocrétines augmente. Cela conduit au réveil afin d’aller chercher de la nourriture. C’est donc un éveil comportemental. C’est un système adapté au métabolisme. C’est un système car s’il est absent on rencontre une somnolence. C’est un système très important car il stimule tous les systèmes d’éveil vu précédemment. La narcolepsie : - C’est une maladie rare : prévalence de 0,02-0,03% - 50% déclaration dans l’enfance (entre 10 et 15ans), il faut souvent 10 ans pur que le diagnostic soit fait. - 500 nouveaux cas par an en France. - Caractérisé par la perte de ces cellules hypocrétines au niveau de l’hypothalamus (on suppose lié à un processus auto-immun) - Les patients sont TOUS somnolents - Ils s’endorment dans les situations monotones - Ils ont une chute du tonus musculaire aux émotions - Ils s’endorment en sommeil paradoxal directement et ils rêvent tout de suite : hallucination hypnogogiques (30%) - Ils ont un système de contrôle du tonus musculaire défaillant donc quand ils se réveillent le matin ils ont des paralysies du sommeil : paralysie du sommeil paradoxal alors qu’ils sont éveillés. - Sommeil fragmenté et avec beaucoup de sommeil paradoxal. La cataplexie : l’individu est éveillé mais il a une perte du tonus musculaire qui peut être segmentaire avec des chutes au niveau du cou le plus souvent ou alors la chute de tous le corps et la personne tombe. On a deux sommeils au niveau de l’hypothalamus et le Dr Lin a cherché à savoir leur rôle. Pourquoi avoir tous ces systèmes ? Il a pris des souris KnockOut (KO) sans récepteurs à l’histamine ou KO sans récepteurs à l’orexine. Quand on est une souris sauvage (+/+), on a des alternances sommeil-veille normales. Alors que si on est KO pour les récepteurs à l’histamine, le contraste sommeil / veille est moins bon. Pendant le sommeil on a plus d’activités rapides (on dort moins bien) et en état de veille on a plus d’ondes lentes (somnolent). Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 35/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 L’histamine est donc importante au niveau du contraste VEILLE / SOMMEIL. Ensuite il a mis ces souris sans histamine dans un environnement nouveau. La souris sauvage est curieuse tandis que la souris KO histamine ne fait rien, elle ne bouge pas (comportement anormal). Pour les souris KO pour l’orexine, elles auront une diminution de la motricité. Elles ne presque bougent pas. Histamine : rôle dans l’éveil Orexine : rôle dans l’aspect comportemental est dans les cataplexies. On a ainsi 5 systèmes d’éveil. Mais comment fait-on pour passer de l’éveil au sommeil ? VIII. LA BASCULE VEILLE-SOMMEIL Le sommeil résulte de la combinaison de 2 processus : Processus circadien : modalité de régulation du sommeil contrôlée par le système circadien, indépendante de l’alternance veille/sommeil (horloge biologique au cours de laquelle on va avoir des temps pour dormir avec la sécrétion de mélatonine, de réveil etc…). Processus homéostasique : modalité de régulation du sommeil dépendante du sommeil, croissante pendant la veille et décroissante pendant le sommeil. C’est à dire que plus on veille, plus la pression de sommeil est importante. On peut voir ça comme une dette qui augmente en fonction du temps d’éveil et diminue durant l’épisode de sommeil. (Ça elle ne l’a pas dit en cours, je mets juste cette précision pour mieux comprendre pourquoi elle dit que la « régulation du sommeil est dépendante du sommeil ») Comment fait-on pour s’endormir ? Il faut éliminer les stimulations. Le processus circadien nous permet de nous endormir au bon moment, et puis on a le système homéostasique associé à l’accumulation de 2 substances hypnogènes : - La sérotonine - L’adénosine Il y a 5 système d’éveil et 1 SEUL système de l’endormissement, il se trouve dans l’hypothalamus antérieur au niveau du noyau pré-optique : c’est le système GABAergique. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 36/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 Ce système est stimulé par des substances hypnogènes dont la sérotonine fait partie. 1. Le système sérotoninergique Le système sérotoninergique (se situe au niveau des noyaux du Raphé) : Il à un rôle direct en maintenant l’éveil et un rôle différé en préparant le sommeil. Si on bloque la formation de sérotonine en donnant du parachlorophenylalanine : on empêche le sommeil de la nuit J+1et 2 après la prise. Ce système n’est pas encore bien compris. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 37/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 2. Le système adénosine L’adénosine (2ème système/substance hypnogène qui s’accumule pendant l’éveil) : cette substance s’accumule dans le cortex pendant la veille car c’est un produit lié à la dégradation de l’ATP. Une injection d’adénosine dans le tronc cérébral initie le sommeil = endormissement. L’adénosine s’accumule avec le temps passé éveillé et il diminue lors de la récupération/sommeil. Plus il y a d’adénosine accumulée lors de la journée, plus le temps de repos qui suit sera long. Les grandes ondes delta (sommeil profond) sont le reflet de la quantité d’adénosine sur EEG. Elle va stimuler deux types de récepteurs : - A1 (Noyau cholinergique) = va être inhibé - A2 (Noyau pré optique) = va être stimulé (stimule l’endormissement) Un antagoniste du récepteur adénosine : la caféine (le café bloque l’effet de l’adénosine). Expérience sur les drosophiles : plus on donne de la caféine et moins on a de sommeil. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 38/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 IX. LA GENESE DES ONDES CEREBRALES On est éveillé surtout grâce au système cholinergique (au niveau de la formation réticulée) grâce a ces deux noyaux (PPT et LDT) qui vont stimuler d’autres noyaux au niveau thalamique et permettre l’éveil cortical. Ce système bloque aussi l’action de certains neurones qui se situent au niveau du noyau réticulaire du thalamus. Les cellules thalamiques ont des propriétés particulières : - elles peuvent soit fonctionner du manière toniques lorsqu’elles sont stimulée - Soit s’il n’ya pas de stimulation, s’hyperpolariser tout doucement, en dessous d’un certains seuil, ces cellules non stimulées auront une activité spontanée et oscillatoire grâce aux canaux calciques à bas seuil. Elles ont une activité propre. - La diminution de l’influence cholinergique provenant du tronc cérébral (formation réticulée régulatrice) entraîne l’hyperpolarisation des neurones relais thalamiques et l’activation (libération) du générateur thalamique (le noyau réticulaire thalamique) qui entraîne à son rythme les neurones thalamo-corticaux et les cellules pyramidales du cortex —> activité synchronisée du sommeil lent (formation de fuseaux de sommeil). C’est le noyau réticulaire thalamique qui va impulser par son activité spontanée/rythmique, ces fuseaux de sommeil qui vont donc être transmis aux neurones thalamo-corticaux et aux cellules pyramidales du cortex. —> Fuseaux de sommeil (stade II) : « mise en phase » oscillatoire de 1 à 2 sec. des neurones thalamo- corticaux et cortico-thalamiques. Si la stimulation diminue encore, on est dans une hyperpolarisation importante et on aura un échappement au niveau du noyau réticulaire thalamique et on aura plus que des ondes Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 39/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 lentes delta qui sont générées au niveau des cellules thalamiques (neurones thalamo-corticaux) et par un effet de feed-back, par les cellules corticales. En résumé : stimulation des neurones thalamo-corticaux à l’éveil, stimulation du cortex, puis inhibition au niveau des neurones réticulaires présents à l’éveil. Lorsqu’il n’y a plus de stimulation provenant du tronc cérébral, on a la libération des neurones réticulaires qui eux vont impulser leur rythme aux neurones thalamo-corticaux (donnera les fuseaux de sommeil). Puis l’hyperpolarisation va augmenter, échappement par rapport à ce générateur réticulaire et il y aura une formation d’onde lente d’activité delta (boucle sommeil lent profond) qui sera transmise au cortex. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 40/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 (La prof a laissé sur son diapo ce schéma mais ne l a pas commenté) X. SOMMEIL LENT/SOMMEIL PARADOXAL 1. Sommeil paradoxal - Activité cérébrale intense - Atonie musculaire Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 41/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 - Mouvement oculaire rapide Chez l’animal, quand on peut enregistrer aussi une activité ponto-geniculo-occipitale = reflet des mvt oculaires rapides (on ne le fait pas chez l’Homme). Il y a un ensemble de noyaux qui va permettre de retrouver toutes les caractéristiques du sommeil paradoxal : le PPT, le LDT (ils sont cholinergiques et ont un rôle dans l’éveil et sont également actifs dans le SP), et un troisième noyau le locus coeruleus alpha. Ces trois noyaux sont responsable des caractéristiques du SP et ne sont actifs QUE pendant le SP. Si on les détruit on a plus de SP. Le Locus coeruleus alpha est le nom que les chercheurs ont donné au noyau chez le chat, d’autres chercheurs ont donné un autres nom pour le même noyau mais chez le rat : le noyau sublatéro-dorsal. Le PPT et le LDT (surtout) sont responsables des mouvements oculaires : les générateurs pontiques vont stimuler les Corps Géniculés Latéraux et donner les mvt oculaire que l’on voit en SP. Le LC alpha (ou SLD), lui est responsable de l’atonie musculaire : il stimule un inter-neurone spinal inhibiteur qui va donc bloquer l’activité des motoneurones. Pathologies où le LC alpha est détruit : l’activité musculaire persiste (avec des mouvements élaborés contrairement aux possibles mouvements lors du sommeil lent profond) —> trouble du comportement du sommeil paradoxal. Souvent chez l’homme à partir de 50 ans, ces patients risques par la suite de développer dans les 10 ans une maladie neurodégénératives (ex : Parkinson). Comment se déclenche le SP ? Tout est une question de balance : on a un système qui empêche que le SP apparaisse = système paradoxal OFF avec les noyaux le locus coerulus noradrénergique et les noyaux du Raphé Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 42/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 (sérotonine). Lorsqu’ils sont actifs, ils vont inhiber les noyaux responsables du système paradoxal ON (qui déclenche le SP). L’endormissement se fait grâce au noyau VLPO, qui lui va inhiber tous les systèmes de l’éveil pour permettre le sommeil, il va aussi avoir une action sur les systèmes SP OFF qui lui-même le système SP ON. Si on élimine les deux noyaux (locus coerulus et le Raphé) avec l’objectif de voir apparaitre le SP cela ne marchera pas car il n’y a pas uniquement ces systèmes qui rentrent en jeu dans le système OFF, il y a en a surement d’autres (vlPAG par exemple qui a un effet inhibiteur sur le système ON). Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 43/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 Pourquoi le patient narcoleptique a cet échappement et possède des caractéristiques du SP qui arrivent même à l’éveil ? (Pas de question dessus) Parce que l’orexine a un effet inhibiteur sur le système OFF, donc si l’orexine disparait, le système OFF n’est plus actif, alors les caractéristique du SP apparaissent. La prof précise que cette partie du cours est compliquée, elle ne compte pas poser de grandes questions dessus, c’est surtout pour avoir une idée du niveau de la recherche. Elle insiste par contre sur le fait de connaitre l’existence des systèmes ON-OFF pour le SP. QCM : les systèmes d’éveil chercher l’intru : A. Le noyau supre-chiasmatique Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 44/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 B. Le noyau Ponto-Pedonculaire-tegmentum C. Le locus Coeruleus D. La substance noire E. Le noyau tubéromamillaire Réponse A QCM : la formation réticulaire activatrice elle est : A. Cholinergique B. Histaminergique C. Orexinergique D. Noradrénergique E. Dopaminergique Réponse A La prof ne les a pas abordées en cours. Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 45/46  Système d’éveil et de sommeil 1 | Physiologie UE3 Tous droits réservés © 2023, Tutorat des Étudiants Carabins Sudistes (TUTECS) 46/46