Abstract

Les niveaux de plusieurs hormones fluctuent en fonction du cycle de la lumière et de l’obscurité et sont également affectés par le sommeil, l’alimentation et le comportement général. La régulation et le métabolisme de plusieurs hormones sont influencés par les interactions entre les effets du sommeil et le système circadien intrinsèque ; les taux d’hormone de croissance, de mélatonine, de cortisol, de leptine et de ghréline sont fortement corrélés au sommeil et à la rythmicité circadienne. Il existe également des mécanismes circadiens endogènes qui servent à réguler le métabolisme du glucose et des rythmes similaires concernant le métabolisme des lipides, régulés par l’action de divers gènes d’horloge. Les troubles du sommeil, qui ont un impact négatif sur les rythmes hormonaux et le métabolisme, sont également associés à l’obésité, à l’insensibilité à l’insuline, au diabète, au déséquilibre hormonal et au dérèglement de l’appétit. La perturbation circadienne, typiquement induite par le travail posté, peut avoir un impact négatif sur la santé en raison de l’altération de l’homéostasie du glucose et des lipides, de l’inversion des rythmes de la mélatonine et du cortisol, et de la perte de la rythmicité des gènes de l’horloge.

1. Introduction

Les êtres humains dorment pendant environ un tiers de leur vie, mais les mécanismes endogènes qui sous-tendent le sommeil et son rôle dans l’homéostasie restent à élucider complètement. L’horloge circadienne est un mécanisme autonome qui prépare un organisme à interagir avec des stimuli externes aux niveaux de la cellule, de l’organe et de l’organisme, selon une boucle de rétroaction transcription-translation . Le système circadien se caractérise par une rythmicité endogène (c’est-à-dire une oscillation indépendante) et une capacité à modifier son rythme en fonction de facteurs externes. Le noyau suprachiasmatique (NSC), situé dans l’hypothalamus antérieur au-dessus du chiasma optique, constitue le principal site de régulation du rythme circadien. Le tir neuronal au sein du NSC propage les rythmes circadiens et est également impliqué dans la coordination du système d’horloge périphérique. Outre le système d’horloge circadien, le stade de sommeil, le niveau d’éveil, les mouvements oculaires rapides (REM) et le sommeil lent sont d’autres facteurs importants des rythmes circadiens. Les modèles du processus S et du processus C représentent des tentatives de délimiter le mécanisme qui sous-tend la régulation du sommeil. Dans le modèle du processus S, une pulsion homéostatique de sommeil augmente pendant l’éveil et diminue pendant le sommeil. Le modèle du processus C fait référence à une propension à la modulation circadienne pendant le sommeil. L’interaction des processus décrits par le modèle à deux processus détermine la qualité et la durée du sommeil ainsi que les niveaux d’éveil et de performance. Les niveaux de plusieurs hormones fluctuent en fonction du cycle lumière-obscurité et sont également affectés par le sommeil, l’alimentation et le comportement général. La régulation de ces hormones est influencée par les interactions entre les effets du sommeil et le système circadien intrinsèque, de sorte que des effets néfastes sur la santé dus à des déséquilibres hormonaux ou métaboliques peuvent survenir lorsque le cycle de sommeil et le système circadien intrinsèque ne sont pas synchronisés. Dans cette revue, nous discutons de l’association entre le sommeil, le métabolisme et les niveaux de diverses hormones, en particulier en ce qui concerne les effets des troubles du sommeil et de la perturbation circadienne sur la fonction hormonale et métabolique.

2. Sommeil et hormones

Plusieurs hormones sont impliquées dans le sommeil et la rythmicité circadienne.

Les niveaux d’hormone de croissance sont augmentés pendant le sommeil et atteignent un pic immédiatement après le début du sommeil . Dans une étude précédente, les niveaux d’hormone de croissance, mesurés toutes les 30 s pendant le sommeil, ont augmenté de manière significative pendant le sommeil lent (SWS) par rapport aux stades 1 et 2 et au sommeil paradoxal . L’hormone de croissance est sécrétée de façon intermittente pendant le sommeil, ce qui pourrait expliquer la nature cyclique du sommeil lent. Les patients souffrant de troubles de stress post-traumatique, caractérisés par un sommeil fréquemment perturbé, présentent des taux plasmatiques d’hormone de croissance plus faibles pendant la nuit que les sujets sains. La thérapie de remplacement de l’hormone de croissance, pour les patients pédiatriques déficients en hormone de croissance, a amélioré l’oscillation lente de l’EEG .

La mélatonine présente une rythmicité circadienne robuste. Des études utilisant des protocoles de routine constante et de désynchronisation forcée démontrent que les niveaux de mélatonine sont élevés pendant la nuit biologique par rapport au jour . La voie de sécrétion de la mélatonine se projette du SCN vers le noyau paraventriculaire (PVN), puis vers la moelle épinière thoracique supérieure, le ganglion cervical supérieur et la glande pinéale. La mélatonine joue un rôle important dans la régulation du sommeil humain. L’administration de mélatonine à libération prolongée ou en formulation transdermique réduit la latence du sommeil, augmente la durée totale du sommeil et améliore le maintien du sommeil. L’administration de mélatonine augmente la fréquence des fuseaux de sommeil sur l’EEG . Les bêta-bloquants possèdent des propriétés suppressives de la mélatonine ; chez les patients prenant de l’aténolol en association avec de la mélatonine, la durée totale de l’éveil et le sommeil ont été améliorés. Dans une étude portant sur des sujets souffrant d’une lésion de la moelle épinière cervicale et d’une altération de la production de mélatonine, l’efficacité du sommeil a été améliorée par rapport à un groupe témoin présentant des niveaux de mélatonine normaux. Dans une autre étude, l’efficacité moyenne du sommeil de sujets sains auxquels on a administré de la mélatonine exogène a été augmentée de 88 % pendant la nuit circadienne, moment où la mélatonine endogène était présente. La mélatonine n’a pas eu d’effet sur l’initiation du sommeil ni sur la température corporelle centrale. L’efficacité de la mélatonine a persisté tout au long de l’étude et n’a pas affecté de manière significative la proportion de sommeil lent ou paradoxal. La mélatonine confère également un effet chronobiotique et peut faciliter le maintien d’un cycle veille-sommeil optimal. Des sujets aveugles présentant un trouble du rythme circadien libre ont été entraînés à un rythme de 24 h après l’administration de mélatonine.

En utilisant un protocole de routine constant, les concentrations de l’hormone thyréostimulante (TSH) ont atteint leur maximum et leur minimum au milieu de la nuit biologique et de l’après-midi biologique, respectivement . Les concentrations totales de triiodothyronine (T3) et de thyroxine (T4) n’étaient pas associées à la rythmicité circadienne . Une corrélation négative entre les niveaux de TSH et le SWS a été rapportée .

Le cortisol présente une rythmicité circadienne ; son niveau augmente rapidement au milieu de la nuit biologique et atteint un pic au cours de la matinée biologique . Le cortisol est libéré de manière pulsatile tout au long des 24 h avec un rythme ultradien circhoral. La sécrétion pulsatile de l’hormone de libération des gonadotrophines empêche la désensibilisation des récepteurs. Le SCN est au centre de ce spectre de régulation du rythme. La voie hormonale qui sous-tend cette régulation se projette du SCN vers le sous-PVN et le noyau dorsomédial de l’hypothalamus (DMH), puis se projette vers la partie parvocellulaire médiane du PVN, qui stimule la corticotrophine (CRH). La voie neuronale impliquée dans la régulation du cortisol se projette du SCN vers le PVN, puis vers le cortex surrénalien en passant par la moelle épinière. Les niveaux de cortisol sont réduits pendant le SWS ; une relation temporelle entre le SWS et la diminution des niveaux de cortisol a également été rapportée. La perfusion intraveineuse de cortisol augmente le SWS et diminue le sommeil paradoxal ; concernant le mécanisme sous-jacent à cet effet, Steiger a rapporté que la perfusion de cortisol supprime la CRH, diminuant ainsi le SWS conformément à un mécanisme de rétroaction négative .

La ghréline et la leptine favorisent et suppriment la prise alimentaire, respectivement . Les niveaux de ghréline augmentent avant les heures habituelles de repas et diminuent par la suite. Plusieurs études ont évalué la relation entre le sommeil et les niveaux d’hormones . Une augmentation des niveaux d’hormone de croissance et de la proportion de sommeil lent et une diminution du sommeil paradoxal ont été observées après une injection intraveineuse de ghréline. Dans une étude sur les rongeurs, le sommeil lent a augmenté et le sommeil paradoxal a diminué après une perfusion de leptine. Les hommes âgés auxquels on a administré de la ghréline se sont ensuite caractérisés par une augmentation de la proportion de sommeil de stade 2 et de sommeil lent et une diminution du sommeil de stade 1 et du sommeil paradoxal. Une augmentation des niveaux de ghréline pendant les premiers stades du sommeil et une réponse émoussée de la ghréline pendant la privation de sommeil ont également été signalées. Cependant, dans une autre étude, aucune relation significative entre les niveaux de ghréline et le stade de sommeil n’a été rapportée. En ce qui concerne la leptine, une étude a montré que les taux augmentaient pendant la nuit biologique et atteignaient un pic pendant la matinée biologique. Mais Scheer et al. n’ont signalé aucune fluctuation des niveaux de leptine en fonction des rythmes circadiens .

3. Régulation circadienne des glucides

Des oscillations quotidiennes du métabolisme du glucose ont été constamment signalées. L’utilisation du glucose augmente proportionnellement à l’activité physique et est plus importante pendant la veille que pendant le sommeil. Des preuves suggèrent que d’autres facteurs peuvent également être associés aux oscillations du métabolisme du glucose, y compris les mécanismes de régulation circadiens. Les rats ayant subi une lésion du noyau suprachiasmatique ne présentent pas de variations rythmiques sur 24 heures des concentrations basales de glucose. Dans une revue systémique récente, l’axe SCN-PVN-système nerveux autonome a joué un rôle critique dans les rythmes quotidiens de la production hépatique de glucose. L’homéostasie du glucose implique la coordination de mécanismes exogènes (digestion et absorption) et endogènes (gluconéogenèse et utilisation). L’horloge circadienne des hépatocytes est connue pour réguler l’homéostasie du glucose. Plusieurs études ont porté sur les gènes associés aux rythmes circadiens cellulaires impliqués dans le métabolisme du glucose. Les souris mutantes ClockΔ19 sont caractérisées par une diminution de l’oscillation des niveaux de glycogène hépatique et de l’expression et de l’activité de la glycogène synthase . Chez les souris knock-out BMAL1, l’expression rythmique des gènes régulateurs du glucose hépatique tels que la PEPCK est absente, et une clairance exagérée du glucose est observée. Le cryptochrome CRY1 et le cryptochrome CRY2 sont exprimés de façon rythmique dans le foie, ce qui module la gluconéogenèse hépatique. L’expression élevée du CRY1 pendant la transition nuit-jour réduit l’expression des gènes gluconéogènes à jeun, ce qui correspond à une augmentation des concentrations intracellulaires d’AMPc. Une relation entre la mélatonine et le métabolisme du glucose a également été signalée. Les souris knock-out pour le récepteur de la mélatonine continuent d’exprimer le PER1 circadien et présentent une augmentation de la sécrétion d’insuline par les îlots de Langerhans et une modification des rythmes circadiens de transcription de l’insuline. Une autre étude in vivo et in vitro a révélé que l’incubation de la mélatonine augmentait l’expression et la sécrétion du glucagon ; l’administration orale à long terme de mélatonine a entraîné une élévation du glucagon plasmatique chez les rats .

4. Régulation circadienne des lipides

Le métabolisme des lipides a également des rythmes quotidiens. Chez les rats, l’absorption du cholestérol et des lipides augmente et diminue respectivement pendant les périodes de haute (c’est-à-dire la phase sombre) et de basse activité ; une telle variation diurne de l’absorption des lipides n’est pas observée chez les souris mutantes ClockΔ19 . Plusieurs gènes différents impliqués dans le métabolisme des lipides dans l’intestin, codant pour l’apolipoprotéine B (Apob), la protéine intestinale de liaison des acides gras (Fabp) et la protéine intestinale microsomale de transport des triglycérides (Mtp), présentent des rythmes circadiens . L’inhibition de l’horloge et de PER2 augmente l’hyperperméabilité intestinale induite par l’alcool, ce qui suggère un rôle des gènes circadiens dans la régulation de la perméabilité intestinale. Les souris mutantes de l’horloge circadienne présentent des taux plasmatiques faibles et non rythmiques d’acides gras libres et de glycérol, une lipolyse réduite et une sensibilité accrue au jeûne. La perturbation de l’horloge circadienne favorise l’accumulation de triglycérides dans le tissu adipeux blanc et l’hypertrophie des adipocytes. Les souris mutantes de l’horloge présentent une hyperlipidémie, une stéatose hépatique, une hypertriglycéridémie et une hypercholestérolémie. L’oscillation quotidienne des triglycérides plasmatiques est perturbée chez les souris mutantes BMAL1. BMAL1 joue également un rôle important dans la différenciation des adipocytes et la lipogenèse dans l’étude des rongeurs . Les souris mutantes BMAL1 présentent une valeur élevée du quotient respiratoire, ce qui indique que BMAL1 est impliqué dans l’utilisation des graisses comme source d’énergie. Les souris knockout Nocturnin (une deadenylase régulée par l’horloge) ont un transit réduit des chylomicrons dans le plasma après l’ingestion de lipides alimentaires .

5. Impact des troubles du sommeil sur les hormones et le métabolisme

L’augmentation de la prise alimentaire et la diminution de l’activité physique sont deux facteurs majeurs dans le développement de l’obésité ; les études épidémiologiques démontrent que la prévalence de l’obésité dans le monde continue d’augmenter. La durée du sommeil pourrait également être associée au développement de l’obésité . Le manque de sommeil chez l’homme peut augmenter le risque d’obésité. Selon un sondage de la National Sleep Foundation, la durée moyenne du sommeil des adultes américains était de 6 h 40 min en 2008, contre 8 h 30 min en 1960 . Des études transversales démontrent une corrélation positive entre le manque de sommeil et le risque d’obésité . Plusieurs études prospectives fournissent des preuves solides d’une relation causale entre le déficit de sommeil et l’obésité. Dans une étude britannique, une durée de sommeil réduite chez les tout-petits (<10,5 h/jour) pourrait augmenter le risque d’obésité à l’âge de 7 ans . Sugimori et al. ont évalué le sommeil et l’indice de masse corporelle (IMC) chez des patients pédiatriques à l’âge de 3 et 6 ans ; <9 h de sommeil étaient associées à un risque accru d’obésité chez les garçons . Dans une étude de suivi de 5 ans, la privation de sommeil était associée à un IMC plus élevé 5 ans plus tard chez les adolescents de l’époque. Une courte durée de sommeil pendant l’enfance était associée à une surcharge pondérale trois ans plus tard. Dans une étude longitudinale, la relation entre la durée du sommeil et les changements à long terme de l’adiposité viscérale a été étudiée. Le tissu adipeux viscéral (VAT) a été évalué par tomographie assistée par ordinateur pendant les 6 années de suivi. Les dormeurs courts (<6 h/jour) et longs (>9 h/jour) ont gagné significativement plus de VAT ; de plus, passer d’un sommeil court à un sommeil moyen a protégé contre le gain de VAT. Ces études indiquent qu’il existe une association entre le manque de sommeil et le risque d’obésité. Dans une autre étude, la durée du sommeil et la qualité de l’alimentation chez les adolescents étaient corrélées ; les dormeurs insuffisants présentaient des scores d’indice de qualité de l’alimentation plus faibles par rapport à ceux qui dormaient pendant une durée optimale (≥9 h) .

La privation de sommeil est un facteur de risque de diabète sucré. Une étude épidémiologique avec un échantillon d’adultes a démontré une association entre une courte durée de sommeil et le risque de diabète sucré . De même, dans un article de revue systémique, la réduction de la durée du sommeil était un facteur de risque de diabète . Une étude en laboratoire a révélé un effet du manque de sommeil sur les fonctions métaboliques et endocriniennes. De jeunes hommes en bonne santé ont été limités à 4 heures de sommeil par nuit pendant six nuits (condition de manque de sommeil), suivies d’une période de récupération de 12 heures de sommeil pendant sept nuits (condition de récupération du sommeil). La tolérance au glucose et les concentrations de thyrotropine étaient significativement réduites pendant la privation de sommeil. En outre, la concentration de cortisol en soirée et l’activité du système nerveux sympathique étaient accrues pendant la privation de sommeil, au cours de laquelle les niveaux de leptine étaient également au plus bas. La réponse HOMA (évaluation du modèle homéostatique ; insuline glucose /22,5) était significativement plus élevée dans la condition de dette par rapport à la condition de récupération . L’augmentation des niveaux HOMA indique une diminution de la tolérance au glucose et/ou de la sensibilité à l’insuline. Dans une étude comparant les effets de conditions de sommeil de 4,5 et 8,5 heures chez des adultes en bonne santé, l’Akt phosphorylé et la réponse totale de l’Akt, qui représentent une étape critique dans la voie de signalisation de l’insuline, ont été abaissés pendant la privation de sommeil . L’étude laisse également entendre que la privation de sommeil entraîne une résistance à l’insuline au niveau de la signalisation cellulaire. La relation entre la durée du sommeil et le syndrome métabolique a été examinée dans une étude japonaise. Des patients atteints de diabète de type 2 ont été répartis en cinq groupes en fonction de la durée du sommeil. Les personnes dormant moins longtemps et celles dormant plus longtemps présentaient un syndrome métabolique et d’autres facteurs de risque cardiovasculaire significativement plus graves (courbe en forme de U). Pour étudier l’impact de la restriction du sommeil sur les patients pédiatriques, un plan croisé contrebalancé a été utilisé, les sujets augmentant ou diminuant le temps passé au lit de 1,5 heure par nuit. Dans le groupe ayant augmenté la durée du sommeil, la prise alimentaire, les niveaux de leptine à jeun et le poids corporel ont tous diminué. Dans le cadre d’une étude sur le sommeil utilisant l’actigraphie, les sujets ont dormi 1,4 heure par nuit pendant 3 semaines, après quoi la sensibilité à l’insuline a d’abord diminué, puis est revenue au niveau de base. La concentration de leptine a diminué et le poids corporel est resté inchangé. Une restriction aiguë du sommeil, par exemple 4 heures pendant 3 nuits consécutives, a réduit la sensibilité à l’insuline chez des adolescents de poids normal en bonne santé. Lorsque des sujets adultes ont été limités à deux tiers de leur temps de sommeil habituel, leur apport calorique a augmenté en l’absence d’altérations de la dépense énergétique ou des concentrations de leptine et de ghréline ; 5 jours de 4 heures de sommeil ont été associés à une augmentation du glucose, de l’insuline, du cortisol et de la leptine, à une diminution des triglycérides et à aucun changement des niveaux de testostérone . Dans une autre étude, la restriction du sommeil, à 4 heures par nuit pendant 4 jours, n’a eu aucun effet sur les profils de glucose, d’insuline ou de leptine, sans preuve d’une résistance accrue à l’insuline .

Dans une étude clinique randomisée et croisée menée par Spiegel et al, les niveaux de leptine et de ghréline plasmatiques ont été mesurés et les évaluations subjectives de la faim et de l’appétit pendant la privation de sommeil et la récupération obtenues . Les sujets ont présenté une diminution de 18 % de la leptine (une hormone anorexigène), une augmentation de 24 % de la ghréline (une hormone orexigène), une augmentation de 24 % de la faim et une augmentation de 23 % de l’appétit lorsque le sommeil était limité à 4 heures. L’appétit pour les aliments riches en glucides a augmenté de 32 % pendant la privation de sommeil ; ces données suggèrent que les personnes consomment plus de calories lorsqu’elles sont privées de sommeil en raison d’une augmentation de la faim et d’une diminution de la satiété. Une autre étude a examiné les effets de la privation de sommeil sur l’apport énergétique. Dans le cadre d’un plan croisé randomisé, des volontaires sains ont dormi 5,5 ou 8,5 heures par nuit pendant 14 jours. Les sujets soumis à une privation de sommeil ont présenté un apport similaire lors des repas réguliers, mais ont augmenté leur consommation calorique lors des collations par rapport au groupe ayant dormi 8,5 heures. L’augmentation moyenne des calories provenant des collations était d’environ 220 kcal/jour, ce qui suggère qu’une restriction persistante du sommeil pourrait modifier la quantité, la composition et la distribution de l’apport alimentaire humain. La restriction à 6,5 h de l’heure du coucher chez les adolescents a été associée à une consommation accrue d’aliments riches en calories et à indice glycémique élevé . Les mécanismes neuronaux qui sous-tendent les effets de la restriction du sommeil sur la prise alimentaire ont été étudiés récemment dans un paradigme d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. Après cinq nuits de sommeil de 4 heures, des sujets sains ont reçu des aliments sains ou malsains pendant le jeûne. La réponse aux stimuli alimentaires malsains était plus importante dans les régions du cerveau sensibles à la récompense et à la nourriture pendant la privation de sommeil. Dans une autre étude d’imagerie, les sujets privés de sommeil ont présenté une activité réduite dans les régions sensibles à l’appétit des cortex frontal et insulaire et une activité accrue de l’amygdale pendant une tâche d’évaluation de la désirabilité des aliments .

Même une seule nuit de privation totale de sommeil peut influencer la dépense énergétique et le métabolisme ; chez les sujets éveillés depuis 24 h, la dépense énergétique au repos et postprandiale était diminuée ; les concentrations plasmatiques matinales de ghréline, de thyrotropine circulante nocturne et diurne, de cortisol et de noradrénaline étaient augmentées. Les concentrations de glucose plasmatique postprandial du matin étaient également inférieures à celles des témoins ayant dormi pendant 8 heures. Dans une étude différente, une nuit de privation totale de sommeil a augmenté les niveaux de leptine mais n’a pas été associée à des altérations des niveaux d’adiponectine ou de cortisol ou de la pression sanguine, de la fréquence cardiaque ou de la faim .

Une qualité de sommeil réduite pourrait avoir un impact négatif sur le métabolisme du glucose même si le temps de sommeil total est inchangé. Tasali et al. ont supprimé le SWS chez des sujets sains avec des stimuli acoustiques de fréquences et d’intensités variables, de sorte que le sommeil NREM profond a été remplacé par un sommeil NREM superficiel, sans réveiller le sujet. Lorsque le sommeil NREM profond a été supprimé pendant trois nuits consécutives, la sensibilité à l’insuline a diminué sans augmentation compensatoire adéquate de l’insuline. Par conséquent, la tolérance au glucose a diminué et le risque de diabète a augmenté de manière proportionnelle. L’ampleur de la diminution de la sensibilité à l’insuline était fortement corrélée à l’ampleur de la réduction du SWS. Ces données indiquent un rôle du SWS dans le maintien de l’homéostasie du glucose. Le glucose plasmatique du matin et les réponses insuliniques sériques ont augmenté de manière significative après la suppression sélective du SWS dans une étude de conception similaire.

La privation de sommeil aiguë ou chronique peut induire un dérèglement de l’appétit et augmenter le risque de prise de poids, entraînant ainsi une résistance à l’insuline, une intolérance au glucose et un risque accru concomitant de diabète sucré. Chez les patients souffrant de troubles du sommeil, la perturbation du sommeil peut entraîner un déficit cumulatif de sommeil, conduisant à une augmentation de l’activité nerveuse sympathique et à une élévation du cortisol en soirée. Dans ce scénario, une résistance à l’insuline, une prise de poids et un diabète pourraient être provoqués .

6. Impact de la perturbation circadienne sur les hormones et le métabolisme

Les niveaux de mélatonine des travailleurs postés pendant le travail de nuit et le sommeil de jour étaient significativement plus bas par rapport à ceux des travailleurs de jour, et le cortisol sérique du matin après le travail et après le sommeil était également 24% et 43% plus bas . La réduction chronique de la mélatonine et l’altération de la sécrétion de cortisol chez les travailleurs de nuit pourraient exercer un effet cancérigène. Cependant, les niveaux de prolactine n’étaient pas modifiés pendant le travail posté rotatif .

Les travailleurs postés de nuit sont caractérisés par des réponses postprandiales au glucose, à l’insuline et au triacylglycérol significativement plus importantes . Plusieurs études indiquent que le travail posté est associé à une incidence accrue du syndrome métabolique, de l’obésité et du diabète. Les travailleurs de nuit présentent une plus grande proportion de masse grasse corporelle, une sensibilité à l’insuline plus faible, une augmentation des triglycérides et une suppression postprandiale de la ghréline et une libération de xénine atténuées . La xénine, un peptide sécrété principalement dans la partie supérieure de l’intestin, est connue pour son effet rassasiant. Le travail posté est associé à des niveaux accrus de surpoids et de prévalence de l’obésité. Dans une étude menée dans un laboratoire du sommeil, le désalignement circadien a été associé au métabolisme humain. Scheer et al. ont utilisé un protocole de désynchronisation forcée de 11 jours pour induire un désalignement circadien, tous les sujets ont reçu quatre régimes isocaloriques chaque jour de 28 heures, après quoi les niveaux de leptine ont diminué, le glucose et l’insuline ont augmenté, le rythme du cortisol a été inversé, l’efficacité du sommeil a été réduite et la pression artérielle moyenne a augmenté . L’étude a démontré les effets cardiométaboliques néfastes du désalignement circadien, observés de façon aiguë pendant le décalage horaire et de façon chronique pendant le travail posté. La privation de sommeil avec perturbation circadienne est considérée comme un facteur de risque modifiable de maladie métabolique. Les sujets limités à <5,6 h de sommeil par jour se caractérisent par une diminution du taux métabolique au repos et une augmentation des concentrations de glucose dans le plasma après un repas. Une autre étude en laboratoire a induit une privation de sommeil, avec et sans désalignement circadien ; pendant le désalignement circadien, la sensibilité à l’insuline a été multipliée par deux par rapport au groupe sans désalignement, et l’inflammation a également augmenté . De même, le désalignement circadien a été induit en utilisant deux cycles circadiens différents entraînés par la lumière (21 et 27 heures), ce qui a modifié l’architecture du sommeil, déréglé l’axe HPA et réduit la sensibilité à l’insuline. Une méta-analyse récente de la relation entre le travail posté et le diabète a démontré une taille d’effet globale de 1,09 .

Le travail de nuit à long terme est également associé à une diminution du cortisol total . Dans une étude portant sur des travailleurs en équipes alternantes (1 semaine de travail de nuit suivie d’une semaine de travail de jour), aucune réduction des temps de réaction ou de la santé globale n’a été observée, mais les rythmes du cortisol ne se sont pas complètement normalisés, même après 4 semaines de vacances . Une étude japonaise a utilisé un suivi de 3 ans pour explorer les effets à long terme du travail posté sur le syndrome métabolique. Les rapports de cotes du syndrome métabolique, pour les modèles de travail à deux et trois équipes, étaient respectivement de 1,88 et 0,87, de sorte qu’un modèle de travail à deux équipes semblait être un facteur de risque du syndrome métabolique. Dans un autre suivi de 4 ans, le risque relatif de syndrome métabolique chez les travailleurs de nuit était multiplié par cinq par rapport aux travailleurs de jour. Dans une étude de Guo et al. le travail posté chez les retraités était associé à une qualité de sommeil réduite, au diabète et à l’hypertension. Le travail posté pourrait être associé à des effets négatifs durables sur la santé, même après son arrêt.

Dans divers modèles animaux, les perturbations circadiennes entraînent des problèmes métaboliques. Le modèle expérimental du “travail de nuit” a été appliqué à des rats soumis à une activité forcée de 8 h pendant les phases de repos et d’activité, ce qui a perturbé les rythmes de l’horloge et des gènes métaboliques. Le pic quotidien des rythmes de PER1, BMAL1 et de l’horloge a été inversé, tandis que le rythme de PER2 a été perdu dans le foie ; les gènes NAMPT et PPARα, impliqués dans le métabolisme, ont perdu leur rythme et leur synchronisation avec les gènes de l’horloge, ce qui pourrait entraîner un syndrome métabolique et l’obésité . Les perturbations circadiennes provoquées par les lumières tamisées la nuit (dLAN) ont augmenté la masse corporelle, réduit la tolérance au glucose et perturbé le moment de la prise alimentaire chez les souris. L’exposition au dLAN la nuit a entraîné une réduction de l’amplitude des rythmes PER1 et PER2 dans l’hypothalamus. Dans une autre étude, la perturbation métabolique induite par le dLAN a été améliorée par son retrait.

Les effets du décalage horaire chronique ont été évalués dans des études sur des souris. Lorsque les souris ont été exposées à des conditions de décalage horaire chronique, l’expression de divers gènes d’horloge tels que Per2 et BMAL1 dans le foie a été atténuée, l’expression du gène suppresseur de tumeur p53 a été supprimée et l’expression du gène de progression du cycle cellulaire c-Myc a été induite . Une autre étude a révélé que le décalage horaire chronique chez les souris entraîne le déphasage des gènes d’horloge (Per1, BMAL1 et Per2) et l’activation de l’expression de p53 et de c-Myc dans le foie .

Le modèle d’alimentation a été signalé comme étant un zeitgeber puissant pour les horloges circadiennes périphériques. La restriction alimentaire chez les souris réinitialise la phase de l’expression génique rythmique dans le foie, les reins et le cœur et a entraîné une dyssynchronie circadienne entre les horloges centrales et périphériques . Les souris nourries en phase de lumière ont pris beaucoup plus de poids que les souris nourries uniquement pendant la phase d’obscurité de 12 heures et ont montré un pourcentage de graisse plus élevé dans la composition corporelle. Dans une autre étude, les souris nourries en phase de lumière ont été associées à une plus grande consommation de repas et de calories, à des altérations spécifiques aux tissus dans les phases et les amplitudes de l’horloge circadienne et des gènes métaboliques (les plus grandes différences de phase observées dans le foie et la diminution des amplitudes dans la graisse épididymaire, le muscle gastrocnémien et le cœur), et à une plus grande prise de poids . Les sujets humains ayant une vie nocturne (consommant la majorité de leurs calories juste avant de dormir) ont montré une association affaiblie entre l’élévation du glucose et la sécrétion d’insuline, ce qui est susceptible d’être un facteur de risque d’obésité et de diabète . Lorsque les souris étaient restreintes à une alimentation dans la phase sombre, elles étaient protégées contre l’obésité, l’hyperinsulinémie, la stéatose hépatique et l’inflammation dans des conditions de régime riche en graisses. Tsai et al. ont signalé que les souris nourries avec un régime riche en graisses pendant la phase d’obscurité présentaient une prise de poids et un équilibre énergétique normaux, une augmentation de l’oxydation des acides gras au niveau du corps entier, une induction des gènes sensibles aux acides gras et une amélioration de la fonction contractile du myocarde. Ces données soutiennent l’hypothèse que l’ingestion de graisses alimentaires uniquement pendant la période plus active/éveillée permet une adaptation métabolique adéquate.

7. Conclusion

Des preuves suggèrent que diverses hormones et processus métaboliques sont affectés par la qualité du sommeil et les rythmes circadiens ; ces interactions sont médiées par de nombreux gènes d’horloge. Des hormones telles que l’hormone de croissance, la mélatonine, le cortisol, la leptine et la ghréline sont étroitement associées au sommeil et à la rythmicité circadienne, et les mécanismes endogènes de régulation circadienne jouent un rôle important dans l’homéostasie du glucose et des lipides. Les troubles du sommeil et, en particulier, la privation de sommeil sont associés à un risque accru d’obésité, de diabète et d’insensibilité à l’insuline, ainsi qu’à une dérégulation de la leptine et de la ghréline, ce qui a un impact négatif sur la santé humaine. La perturbation circadienne, qui est généralement induite par le travail posté, peut avoir des effets négatifs sur la santé en raison de l’altération de l’homéostasie du glucose et des lipides, de l’inversion des rythmes de la mélatonine et du cortisol, du dérèglement de la leptine et de la ghréline, de l’aggravation du syndrome métabolique et de la perte du rythme des gènes de l’horloge. Les recherches futures devraient élucider la relation entre les troubles du sommeil et divers résultats physiques et identifier l’approche thérapeutique optimale pour la résolution de la perturbation du sommeil et du rythme circadien par la récupération des gènes d’horloge.

Conflit d’intérêts

Les auteurs déclarent qu’il n’y a pas de conflit d’intérêts concernant la publication de cet article.