l y a des gens du soir et des gens du matin. De gros dormeurs et des adeptes de la sieste. Mais nous avons tous quelque chose en commun: une horloge interne qui rythme de manière cachée notre journée. Au réveil, notre corps arrête la production de mélatonine (l’hormone du sommeil), augmente la pression sanguine et nous pousse à visiter les toilettes. S’ensuivent un pic de testostérone et un haut niveau d’éveil.

L’après-midi nous dote d’une bonne coordination, de temps de réaction rapides et d’une bonne capacité à l’effort physique. Notre température atteint son maximum en début de soirée, avant que la production de mélatonine ne redémarre et nous envoie au lit.

Un tic-tac interne

La cheffe d’orchestre de ce cycle journalier – ou circadien – est notre horloge interne, une combinaison de mécanismes neurologiques et cellulaires qui mesurent le temps qui passe. En premier lieu, elle sert à organiser les nombreux processus physiologiques qui doivent se dérouler de manière séquentielle. Ensuite, elle permet à notre corps d’anticiper ce qui dans notre environnement est influencé par le rythme journalier, à l’instar de la souris qui voudra rejoindre son terrier avant que le faucon ne commence à chasser. «L’évolution a ainsi sélectionné des horloges biologiques de plus en plus précises», note Christian Cajochen, directeur du centre de chronobiologie à la Clinique psychiatrique de Bâle.

Le corps dispose de deux systèmes horlogers intimement imbriqués pour synchroniser ses activités. D’un côté, chacune des milliers de milliards de nos cellules possède son propre métronome, une découverte faite à la fin des années 1990 notamment par Ueli Schibler de l’Université de Genève. Ces pendules fonctionnent à l’aide d’une boucle de rétroaction cellulaire. Le gène appelé «period» produit la protéine PER. En s’accumulant, celle-ci bloque le gène et ainsi sa propre production. Comme la concentration de PER chute, le gène recommence à la produire et le cycle recommence après une période d’environ vingt-quatre heures (voir infographie). Le fonctionnement exact est bien entendu plus complexe et implique plusieurs autres protéines et gènes: son élucidation fut récompensée par le Prix Nobel de médecine en 2017.

Une horloge-mère dans le cerveau

En parallèle, une zone du cerveau agit comme une horloge-mère mettant régulièrement à l’heure notre multitude de pendules cellulaires. Cette zone – le noyau suprachiasmatique – est synchronisée avec la durée d’une journée sur Terre grâce aux informations sur la lumière ambiante qu’elle reçoit directement de l’œil, poursuit Christian Cajochen. Elles sont récoltées par les cellules ganglionnaires photosensibles de la rétine, qui complètent les deux autres types de photorécepteurs de notre œil (les bâtonnets pour la vision monochrome en basse luminosité et les cônes distinguant les couleurs).

Ces cellules ganglionnaires ont pour tâche unique de renseigner le cerveau sur l’heure du jour, un rôle qui fut élucidé il y a seulement une quarantaine d’années. Les signaux nerveux transmis au cerveau lui indiquent notamment la durée totale de luminosité après une période d’obscurité, ce qui est en relation directe avec l’heure solaire.

Sans cette synchronisation par la lumière du jour, notre horloge interne tend à retarder. Des expériences menées dans des grottes et dans des pièces isolées ont montré que les participants ralentissent leur rythme journalier d’environ quinze à trente minutes, de quoi provoquer un décalage complet après quelques semaines. Mais il s’agit d’une moyenne, certaines personnes voyant leur rythme raccourcir en l’absence de lumière du jour.

Lorsqu’une journée fait plus de 24 heures

Chez certaines personnes, l’horloge interne est décalée par rapport au jour terrestre même en présence de lumière du jour, poursuit Christian Cajochen. «Notre équipe a pris en charge un patient ayant un rythme de 25 heures et demie. Ces retards s’accumulant, il se retrouve régulièrement en décalage avec le reste de la société et doit par exemple dormir au milieu de la journée. Son rythme ne s’adapte pas à la lumière du jour et se poursuit tel quel dans d’autres fuseaux horaires. Notre hypothèse est que le problème se trouve au niveau de ses cellules ganglionnaires photosensibles.»

Ce type de syndrome survient également chez les personnes entièrement aveugles, par exemple suite à un cancer ayant mené à l’ablation des yeux, mais pas chez la plupart des personnes malvoyantes dont les cellules ganglionnaires fonctionnent bien. Un tel décalage existe également chez les gens travaillant de nuit ou changeant souvent de fuseaux horaires, comme l’équipage d’un avion.

«Vivre décalé a des conséquences importantes pour la santé, en particulier des troubles de sommeil et des états dépressifs, détaille le biologiste. S’exposer à la lumière ou prendre de la mélatonine peut aider à synchroniser le rythme biologique avec l’heure sociale. Cela permet parfois d’atténuer ou même d’arrêter les dépressions provoquées par un rythme circadien perturbé.»

La chronomédecine, ou le temps qui guérit

Un rythme circadien perturbé pourrait également jouer un rôle important dans les problèmes de surpoids et de diabète, ajoute Charna Dibner, professeure à la faculté de médecine de l’Université de Genève et spécialiste des horloges cellulaires. Des perturbations de l’horloge interne pourraient impacter négativement la régulation de la production d’insuline, une hormone jouant un rôle majeur dans le métabolisme et le diabète.

Ces types de recherches ont ouvert le nouveau domaine de la chronomédecine, qui s’intéresse aux aspects temporels des maladies et des thérapies. «Lors d’une consultation liée à un surpoids, il ne faudrait pas uniquement demander: que mangez-vous? Mais également: quand mangez-vous?», avance Charna Dibner. Notre horloge interne représente ainsi une cible thérapeutique importante, mais qui reste encore très peu poursuivie, selon la spécialiste. Les centres de chronobiologie commencent à se développer en Europe, mais la plupart des médecins ne pensent pas encore à se pencher sur les rythmes circadiens de leur patientèle.

Les sciences pharmaceutiques commencent elles aussi à réaliser le potentiel offert par le cycle circadien du corps humain. La chronopharmacologie cherche à déterminer le bon moment pour administrer des substances thérapeutiques afin de maximiser leur efficacité tout en réduisant leur toxicité. «Notre équipe veut étudier l’effet du timing des chimiothérapies, qui s’attaquent à la fois aux tissus cancéreux et aux tissus sains, reprend Charna Dibner. Nous espérons pouvoir réduire les effets secondaires en administrant la substance lorsque les processus de détoxification se déroulant dans le foie sont les plus intenses.»

La lumière qui ne réveille pas

S’exposer régulièrement à la lumière du jour représente une approche thérapeutique aussi simple que bon marché. Lorsque cela n’est pas possible, la lumière artificielle peut venir en aide. Oliver Stefani de la Haute école spécialisée de Lucerne a développé avec l’équipe de Christian Cajochen des écrans d’ordinateur qui permettent de stimuler ou non les cellules ganglionnaires et peuvent ainsi faire croire au cerveau que c’est le jour ou la nuit, à volonté.

«Le mode nuit d’un téléphone portable permet déjà d’agir sur ces mécanismes, mais il crée une couleur orangée qui peut être désagréable, détaille Oliver Stefani. Au contraire, notre écran peut produire deux types de lumière blanche qui paraissent identiques à l’œil humain, ce qu’on appelle le métamérisme.»

Dans le premier mode, la partie turquoise du spectre lumineux est produite normalement à partir du bleu et du vert, et ne stimule que modérément les cellules ganglionnaires. Dans ce cas, le rythme circadien d’une personne travaillant de nuit à l’ordinateur ne sera pas perturbé. Dans le deuxième mode, ce sont des LED de couleur turquoise dédiés qui produisent la couleur, excitant les cellules ganglionnaires et augmentant l’état d’éveil de l’usager. Le rythme biologique est alors perturbé, mais un tel gain d’éveil est précieux dans des professions telles que la surveillance du trafic aérien ou d’une centrale électrique.

«Les personnes travaillant de nuit recourent souvent à des boissons énergisantes à la caféine pour rester éveiller, poursuit l’ingénieur. Notre prototype leur permettrait de choisir eux-mêmes le mode qui leur convient et rester alertes sans substance et de manière plus contrôlable.» Nous avons des moyens pour mieux synchroniser notre rythme circadien avec le temps social: habitudes de sommeil, lumière naturelle ou artificielle, prise de médicaments tels que la mélatonine, ou encore changement de l’heure à laquelle on mange. Mais il s’agit également de respecter son propre rythme, avance la biologiste Charna Dibner: «J’ai demandé souvent à mes enfants de respecter l’heure des repas en famille, mais mes recherches m’ont fait comprendre qu’il vaut mieux ne pas forcer et plutôt attendre d’avoir faim pour manger. Pour être en bonne santé, j’ai une recommandation: écoutez votre horloge interne!»