Rythmes circadiens: implications m

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Rythmes circadiens implications médicales et
zootechniques

• V. Gayrard
• E.N.V.T.

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Rythmes circadiens

• Donnée fondamentale des êtres vivants
• Structure temporelle de lorganisme implications
  médicales
• Rythmes circadiens et mesure de la durée du jour
  implications zootechniques

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Rythmes circadiens implications médicales et
zootechniques

• 1. PHYSIOLOGIE DES RYTHMES CIRCADIENS
• 1.1. Historique et propriétés des rythmes
  circadiens
• 1.2. Synchronisation des rythmes circadiens
• 1.3. Les mécanismes de la rythmicité  lhorloge
  circadienne
• 2. RYTHMES CIRCADIENS IMPLICATIONS MEDICALES
• 2.1. Etablissement dun diagnostic et détection
  des situations à risque
• 2.2. Chronopharmacologie concepts et mécanismes
  chronopharmacologiques
• 2.3. Des rythmes circadiens à la chronothérapie
• 3. RYTHMES CIRCADIENS IMPLICATIONS ZOOTECHNIQUES
• 3.1. Mesure de la durée du jour et
  photopériodisme
• 3.2. Contrôle photopériodique des rythmes
  saisonniers de reproduction
• 3.3. Mélatonine et rythmes saisonniers de
  reproduction

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1.1. Propriétés des rythmes circadiens historique

• 4 siècle avant JC, Androsthenes mouvements
  foliaires
• 1729, Jacques dOrtous de Mairan notion
  dhorloge biologique
• Années 50, Gustav Kramer, existence dune horloge
  biologique
• 1956 Ortavant et Thibault entraînement par la
  photopériode de l'activité sexuelle des petits
  ruminants
• 1960 Halberg Chronopharmacologie
• 1984 Karsch rôle du rythme circadien de
  sécrétion nocturne de la mélatonine dans
  lentraînement du rythme saisonnier de
  reproduction

5
1.1. Propriétés des rythmes circadiens
définitions

• Un rythme oscillation régulière récurrente,
  lunité répétée et à laquelle le rythme se réfère
  est un cycle
• Période temps nécessaire pour laboutissement
  dun cycle

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1.1. Propriétés des rythmes circadiens
Définitions

• Période des rythmes
• Rythmes circadiens (circa, environ et dies,
  journée) 20hltpériodelt28h rythme veille-sommeil
• Rythmes ultradiens période lt20h
• Fraction de seconde Rythmes neuronaux
• quelques secondes cycle cardiaque
• quelques heures cycle mitotique
• Rythmes infradiens période gt28h
• Une semaine (rythmes circaseptan) paramètres ECG
  cheval
• Environ 30 jours (rythmes circatrigintan) cycle
  menstruel
• Environ un an (rythmes circannuels)  rythme de
  reproduction, de migration

7
1.1. Propriétés des rythmes circadiens
Définitions
8
1.1. Propriétés des rythmes circadiens
Définitions

• Origine des rythmes
• Exogène réponse aux changements rythmiques de
  lenvironnement
• Endogène

9
1.1. Propriétés des rythmes circadiens

• 1962 Michel Siffre cycle veille sommeil

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1.2. Synchronisation des rythmes circadiens

• Synchroniseurs ou zeitgeber
• Cycle astronomique (J/N)
• Cycle dactivité sociale
• Cycle de la prise alimentaire
• Synchronisation des rythmes circadiens
• Contrôle de la phase et de la période du rythme
  circadien
• Décalage de phase Jet-lag

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1.3. Les mécanismes de la rythmicité  l horloge
circadienne

• 1935 Bünning Origine génétique des rythmes
  circadiens
• Localisation de lhorloge des mammifères le
  noyau suprachiasmatique

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1.3. Les mécanismes de la rythmicité  l horloge
circadienne
3V
SCN
CO
Co chiasma optique 3V 3ème ventricule SCN
noyaux suprachiasmatiques PVN noyaux
paraventriculaires
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1.3. Les mécanismes de la rythmicité  l horloge
circadienne
14
1.3. Les mécanismes de la rythmicité  l horloge
circadienne

• Lhorloge moléculaire

Gènes contrôlés par lhorloge voie de sortie
des messages rythmiques
Gènes horloges genèse de messages rythmiques
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1.3. Les mécanismes de la rythmicité  l horloge
circadienne

• Entraînement de lhorloge circadienne par la
  lumière
• Période de lhorloge ajustée à 24h
• Transmission de linformation lumineuse aux SCN
  via le tractus rétino-hypothalamique (RHT)
• Photorécepteurs rétiniens mélanopsine
• Neurotransmetteurs glutamate, PACAP

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1.3. Les mécanismes de la rythmicité  l horloge
circadienne

• Synchronisation de lhorloge circadienne

17
1.3. Les mécanismes de la rythmicité  l horloge
circadienne

• Distribution de messages rythmiques efférents aux
  SCN

Action dépendante du temps
IML, colonne intermédiolatérale de la moelle
épinière PVN, noyaux paraventriculaires
hypothalamiques SCN noyaux suprachiasmatiques
SCG, ganglions cervicaux supérieurs.
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1.3. Les mécanismes de la rythmicité  l horloge
circadienne

• Propriétés de lhorloge

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Rythmes circadiens implications médicales et
zootechniques

• 1. PHYSIOLOGIE DES RYTHMES CIRCADIENS
• 1.1. Historique et propriétés des rythmes
  circadiens
• 1.2. Synchronisation des rythmes circadiens
• 1.3. Les mécanismes de la rythmicité  lhorloge
  circadienne
• 2. RYTHMES CIRCADIENS IMPLICATIONS MEDICALES
• 2.1. Etablissement dun diagnostic et détection
  des situations à risque
• 2.2. Chronopharmacologie concepts et mécanismes
  chronopharmacologiques
• 2.3. Des rythmes circadiens à la chronothérapie
• 3. RYTHMES CIRCADIENS IMPLICATIONS ZOOTECHNIQUES
• 3.1. Mesure de la durée du jour et
  photopériodisme
• 3.2. Contrôle photopériodique des rythmes
  saisonniers de reproduction
• 3.3. Mélatonine et rythmes saisonniers de
  reproduction

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2.1. Etablissement dun diagnostic et détection
des situations à risque
21
2.1. Etablissement dun diagnostic et détection
des situations à risque

• Effet  masque  des facteurs environnementaux
• Effet dun stimuli externe. Exbain chaud, prise
  de nourriture, stress
• Altération à court terme des paramètres
  rythmiques.
• Importance lors dun examen clinique

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2.1. Etablissement dun diagnostic et détection
des situations à risque
J Vet Med A 2005, 52 377
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2.1. Etablissement dun diagnostic et détection
des situations à risque
Diagnostic dhypothyroïdisme
Vet Rec 2005, 157 344
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2.1. Etablissement dun diagnostic et détection
des situations à risque

• Evolution des rythmes au cours de la vie
• Moment de linitiation des rythmes
• Etablissement post-natal des rythmes chez les
  mammifères
• Exemple du cortisol plasmatique (Exp Gerontol
  1987, 22 379)
• Chiot 8 semaines pas de rythme
• Chien de 3 ans rythme
• Chien de 12 ans perturbation du rythme

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2.1. Etablissement dun diagnostic et détection
des situations à risque
Relation entre lamplitude du pic matinal de
tension artérielle et la prévalence des accidents
cardiovasculaires chez les patients hypertendus
(Kario et al., 2003. Circulation, 107 1401)
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2.2. Chronopharmacologie

• Historique
• 1814 Virey, les effets désirables et indésirables
  d'une substance peuvent varier en fonction du
  moment de leur administration
• 1959 Halberg chronotoxicité
• Toxicité aiguë de l'ouabaïne chez la souris
• Administration à 09h00 80 de mortalité
• Administration à 21h00 20 de mortalité

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2.2. Chronopharmacologie

• Historique
• 1960 Halberg Chronopharmacologie
• Etudier des variations temporelles de
  lefficacité d'une substance en fonction du
  moment de son administration
• Etude des altérations de la structure temporelle
  de l'organisme qui reçoit cette administration

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2.2. Chronopharmacologie mécanismes
chronopharmacologiques

• Variations temporelles du mode d'action
  chronopharmacodynamique ou chronesthésie
• Variations d'ordre pharmacocinétique
  Chronopharmacocinétique

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2.2. Chronopharmacologie mécanismes
chronopharmacologiques

• Chronopharmacodynamique

Action spécifique via des récepteurs
Réaction physicochimique
Variations temporelles de la perméabilité
membranaire
Variations temporelles du nombre et/ou de
l'affinité des récepteurs
ex ? bloquants
ex anesthésiques locaux
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2.2. Chronopharmacologie mécanismes
chronopharmacologiques

• Chronopharmacocinétique

• Electrolytes
• pH urinaire
• Filtration glomérulaire

• Débit sanguin
• Perfusion tissulaire
• Structure membranes

• Estomac
• Vidange
• pH
• Motricité

Activités enzymatiques
Elimination
Absorption
Distribution
Métabolisme

• Rénale
• Biliaire

• Orale
• Parentérale
• Pumonaire
• Oculaire
• Peau
• Muqueuses

• Protéines plasmatiques
• Globules rouges

• Hépatique
• Autre

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2.2. Chronopharmacologie mécanismes
chronopharmacologiques
J Pharma Sci 1991, 80 824
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2.3. Des rythmes circadiens à la chronothérapie

• Chronothérapie influence du moment dun
  traitement sur son efficacité thérapeutique
• Objectif améliorer lefficacité et/ou la
  tolérance des drogues en programmant leur
  administration

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2.3. Des rythmes circadiens à la chronothérapie
Mormont et Levi, Cancer 2003.
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Rythmes circadiens implications médicales et
zootechniques

• 1. PHYSIOLOGIE DES RYTHMES CIRCADIENS
• 1.1. Historique et propriétés des rythmes
  circadiens
• 1.2. Synchronisation des rythmes circadiens
• 1.3. Les mécanismes de la rythmicité  lhorloge
  circadienne
• 2. RYTHMES CIRCADIENS IMPLICATIONS CLINIQUES
• 2.1. Etablissement dun diagnostic et détection
  des situations à risque
• 2.2. Chronopharmacologie concepts et mécanismes
  chronopharmacologiques
• 2.3. Des rythmes circadiens à la chronothérapie
• 3. RYTHMES CIRCADIENS IMPLICATIONS ZOOTECHNIQUES
• 3.1. Mesure de la durée du jour et
  photopériodisme
• 3.2. Contrôle photopériodique des rythmes
  saisonniers de reproduction
• 3.3. Mélatonine et rythmes saisonniers de
  reproduction

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3. Rythmes circadiens et photopériodisme

• Physiologie saisonnière survie de lespèce,
  reproduction
• Photopériode indicateur de la saison
• Rythme circadien de mélatonine mesure de la
  durée du jour

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3. 1. Mesure de la durée du jour et
photopériodisme

• Cycle annuel de reproduction

Saison sexuelle
Brebis cycliques
100
50
Anœstrus
J
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
Durée jour (h)
17 13 9
J
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
37
3.2. Contrôle photopériodique des rythmes
saisonniers de reproduction
38
3.2. Contrôle photopériodique des rythmes
saisonniers de reproduction
Saison sexuelle
100
Brebis cycliques
50
Anœstrus
J
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
10 0.5
Brebis OVXE2
Concentrations plasmatiques en LH (ng/ml)
J
F
M
A
M
J
J
A
S
O
N
D
39
3.2. Contrôle photopériodique des rythmes
saisonniers de reproduction

• Anoestrus fréquence pulses de LH insuffisante
• Effets directs de la photopériode
• Effets indirects de la photopériode augmentation
  de la sensibilité au rétrocontrôle négatif de
  l oestradiol

40
3.2. Contrôle photopériodique des rythmes
saisonniers de reproduction

• Effets de la photopériode
• Contrôle de la sécrétion de LH
• Effet stimulateur des jours courts (50 j)
• Effet inhibiteur des jours longs (30 j)
• Etats photoréfractaires
• Etat réfractaire aux effets stimulateurs des
  jours courts
• Etat réfractaire aux effets inhibiteurs des jours
  longs
• Rythme circannuel de reproduction

Nécessité dalternance de jours longs et de jours
courts
41
3.2. Contrôle photopériodique des rythmes
saisonniers de reproduction
42
3.3. Mélatonine et rythmes saisonniers de
reproduction
Rythme circadien de mélatonine
43
3.3. Mélatonine et rythmes saisonniers de
reproduction
TRYPTOPHANE
Tryptophane hydroxylase (TH)
5-HYDROXY-TRYPTOPHANE
Aminoacide Aromatique DéCarboxylase (AADC)
Lumière
SEROTONINE
Aryl-Acrylamine N-Acétyl Transférase (AA-NAT)
N-ACETYL-SEROTONINE
Hydroxyindole-o- méthyltransférase
MELATONINE
44
3.3. Mélatonine et rythmes saisonniers de
reproduction
Concentrations plasmatiques (pg/mL)
 Jours courts 
 Jours longs 
300
1800
0600
0800
2200
0900
Temps (hhmm)
45
3.3. Mélatonine et rythmes saisonniers de
reproduction
Brebis pinéalectomisées
8h
16h
Mélatonine
Mélatonine
Brebis intactes
Mélatonine (implant)
Effet Jours courts
Effet Jours longs -
46
3.3. Mélatonine et rythmes saisonniers de
reproduction
Printemps
Eté
Hiver
Automne
Durée jour
Rythme circadien de mélatonine
Durée nuit
E2
LH
E2
Ovaires
brebis cycliques
47
3.3. Mélatonine et rythmes saisonniers de
reproduction

• Applications zootechniques

Avril
Mai
Juin
Juillet
Août
Septembre
MELATONINE (implant)
Jours longs
Avance de la saison de reproduction de 50 jours
Béliers
48
3.3. Rôle de la mélatonine chez les animaux
photopériodiques

• Applications zootechniques

Bélier
Alternance 1 mois JC (mélatonine)/1 mois JL
(flash lumineux)
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Rythmes circadiens

• NSC horloge circadienne
• Rythmes circadiens variables physiologiques
  implications en médecine vétérinaire
• Diagnostic, thépapeutique
• Rythme circadien de mélatonine et mesure de la
  durée du jour implications zootechniques
• Programmation de lactivité saisonnière de
  reproduction des petits ruminants