2015, année de la lumière…avec des zones d’ombre

DIDIER Jean-PierrePr Jean-Pierre DIDIER
professeur des universités
praticien hospitalier honoraire
jean-pierre@hopital-territoires.eu

 

L’exposition à la lumière devient un problème de santé publique

Il a été décidé que 2015 serait l’année internationale de la lumière.

Depuis la nuit des temps nous baignons dans la lumière. L’alternance jour/nuit a pendant des millions d’années façonné un système métronomique sophistiqué, calé sur une période circadienne d’à peu près 24 heures, afin qu’il puisse réguler notre balance énergétique en fonction de la variation des besoins entre période diurne et nocturne.

Paradoxalement les effets physiologiques de la lumière ne sont pas aussi bien appréhendés qu’on pourrait le croire alors que les progrès technologiques ont permis de développer de multiples générateurs de lumière artificielle, dont il est possible de sélectionner la longueur d’onde. L’évolution de la culture et des conditions de travail a par ailleurs profondément modifié les conditions de notre exposition à la lumière, tant naturelle qu’artificielle, sans que l’analyse précise de l’impact physiologique d’une telle évolution ait pu être complètement conduite.

En mai 2015 deux réunions scientifiques ont été organisées par l’Université de SHERBROOKE dans le but de « sensibiliser les citoyens des quatre coins du monde sur l’importance et le rôle que jouent la lumière et les technologies associées sur le développement de notre société, mais aussi sur les enjeux que représente leur utilisation ».

Olivier DOMINGUEA cette occasion les chercheurs ont pu s’interroger sur la pollution causée par la lumière et le rôle néfaste de la lumière artificielle sur la santé. « Ça ne veut pas dire qu’il ne faut pas éclairer, il faut éclairer aux bons endroits, au bon moment, il faut utiliser le bon type d’éclairage », précise le professeur de biotechnologie Olivier DOMINGUE.

Le point crucial du débat se situe au niveau des risques encourus par toute rupture imposée à l’horloge biologique. En effet il ne paraît pas anodin de perturber le fonctionnement d’une horloge dont l’histoire est profondément inscrite dans notre évolution génétique, l’utilisation de la lumière venant à poser un vrai problème de santé publique.

Une profusion d’horloges pour un objectif physiologique majeur

Diverses expériences conduites chez de nombreuses espèces, tant végétales qu’animales, ont démontré l’existence, chez tous les organismes vivants, d’horloges internes responsables de l’entretien de nombreux rythmes biologiques. Pourtant toutes doivent fonctionner en harmonie. Aussi une horloge centrale, calée sur le rythme cosmique de l’alternance du jour et de la nuit, met toutes les autres horloges à la bonne heure et de surcroit l’horloge centrale est régulièrement remise à l’heure grâce à des synchroniseurs.

La localisation de ce métronome de référence a été identifiée au niveau cérébral dans les noyaux supra chiasmatiques. Ceux-ci, constitués de quelques dizaines de milliers de neurones seulement, bénéficient d’une situation anatomique privilégiée. Leur proximité avec des structures nerveuses et endocrines, telles que les noyaux du tronc cérébral, l’hypothalamus, la tige pituitaire et l’hypophyse, permet à l’horloge centrale d’intervenir à la fois par voie humorale et nerveuse en pouvant ainsi prétendre à la régulation de nombreuses fonctions physiologiques.

Dans une perspective d’homéostasie énergétique il est clair que l’alternance jour/nuit, avec ses phases d’activité diurne et de repos nocturne, impose une régulation adaptée de l’équilibre énergétique. Mettre à disposition de l’organisme l’ensemble des mécanismes permettant de couvrir ses dépenses le jour et de reconstituer ses stocks la nuit, constitue un objectif prioritaire des horloges biologiques.

Ainsi il est logique que celles-ci interviennent non seulement sur l’induction du sommeil et de l’éveil, mais aussi sur la régulation de la prise alimentaire, la régulation thermique, la régulation des fonctions cardiorespiratoire, endocrinienne et immunitaire, ou la motricité et les fonctions cognitives.

Deux questions essentielles se posent, quel est le mécanisme responsable du fonctionnement des horloges et quelles sont la nature et les modalités d’intervention des synchroniseurs ?

Les rouages moléculaires des horloges

Toutes procèdent d’une mécanique moléculaire qui s’est complexifiée au fil de l’évolution.

Chez l’Homme la mécanique repose sur l’existence de « clock proteins ». Leur synthèse dépend de l’expression de gènes spécifiques, les gènes « horloge ». Ces protéines interviennent sur leur propre expression génique, selon un mécanisme de rétroaction négative ; dès que leur synthèse conduit à un taux suffisant, leur expression est stoppée. Leur catabolisme intervenant, leur taux décroit jusqu’à ce que l’inhibition de l’expression génique soit suspendue en permettant ainsi à un nouveau cycle de s’exprimer. Selon la nature de ces protéines et de leur métabolisme la période de l’horloge est différente.

La période de chacune d’elles, tout en restant à peu près fixe, est variable en fonction de la localisation de manière à générer des rythmes biologiques adaptés aux divers organes. On distingue ainsi des rythmes ultradiens, de période inférieure à 20 heures, des rythmes infradiens de période supérieure à 28 heures et des rythmes circadiens de période égale à 24 heures.

Une hiérarchisation de l’ensemble est indispensable, afin d’assurer un fonctionnement harmonieux. C’est l’horloge centrale qui est chargée de caler les horloges périphériques. Sa période propre est d’environ 25 heures, soit une heure de plus que la période du cycle cosmique actuel. Ce fait est peut-être à rapprocher de la variabilité de la vitesse de rotation de la terre coïncidant avec l’éloignement progressif de la lune.

Toutefois en reconnaissant l’extraordinaire ingéniosité d’un mécanisme autonome qui s’apparente à une sorte d’horloge à mouvement perpétuel, la question se pose de sa remise à l’heure, c’est à dire de sa synchronisation avec l’heure cosmique.

La remise à l’heure de l’horloge centrale

Le synchroniseur le plus important est représenté par la lumière, il est qualifié de photique. Ainsi a été mise en évidence une fonction « non visuelle » de l’œil. Grâce à des récepteurs à la mélanopsine, différents des cônes et des bâtonnets, la rétine sert de capteur de luminosité et transmet par les nerfs optiques les informations recueillies aux noyaux supra chiasmatiques.

Il existe par ailleurs des synchroniseurs non photiques. Ceux-ci sont liés soit à l’environnement, dont toutes les alternances peuvent être des synchroniseurs comme l’alternance veille/sommeil, ou l’alternance activité/repos, soit aux conditions climatiques et saisonnières ainsi qu’aux conditions culturelles et sociétales.

L’importance de chacun de ces facteurs est variable en fonction du rythme biologique considéré, ce qui est à mettre en perspective avec le rôle physiologique de chaque horloge.

Dans ce contexte, la réalité de connexions étroites entre la glande pinéale, sécrétrice de mélatonine et les noyaux supra chiasmatiques interroge, à la fois sur la finalité de l’interrelation fonctionnelle entre les deux structures et sur le rôle joué par la mélatonine.

En effet il apparaît d’une part que la lumière limite la sécrétion de mélatonine alors que d’autre part le cycle sécrétoire de cette « hormone de nuit » est particulièrement robuste, puisqu’il persiste en l’absence d’alternance jour/nuit.

Quelle est la signification de cette étrange sécrétion nocturne ? Est-ce dans le but de réparer les effets délétères de l’activité diurne ? Est-ce au contraire dans le but de faire perdurer pendant la nuit les effets physiologiques induits, le jour, par la lumière ?

BeaurepaireLes réponses à ces questions restent à préciser, ce qui explique la polémique entretenue autour des effets de la mélatonine, au point que Renaud de BEAUREPAIRE ait écrit en 2014: « La mélatonine ! Ou l’histoire d’une petite hormone sans grande importance qui est soudain devenue, par on ne sait quelle alchimie des temps modernes, par on ne sait quel nœud de coïncidences scientifico-délirantes, le lieu de projection de toute une génération de niaiseries médiatisables »

Peut-être le propos est-il excessif mais, compte tenu d’une machinerie horlogère complexe soigneusement et régulièrement remise à l’heure, notamment par le synchroniseur photique, il est clair que toute modification des conditions d’exposition à la lumière risque d’entrainer des perturbations physiologiques notables.

Touche pas à mon horloge !

Ces perturbations peuvent résulter d’une désynchronisation entre rythme nycthéméral naturel lié à l’alternance jour/nuit et fonctionnement circadien moléculaire de l’horloge interne.

Leonard GUARENTELes conséquences de ces perturbations peuvent aller du simple inconfort temporaire, vécu par beaucoup d’entre nous, lors du passage entre heure d’hiver et heure d’été, ou après un vol transcontinental traversant plusieurs fuseaux horaires responsable du classique « jet lag ». Elles peuvent aussi s’exprimer par des troubles beaucoup plus préoccupants.

Leonard GUARENTE, professeur de biologie au MIT, a donné le ton en soulignant que si le maintien du cycle circadien est très important dans le maintien de la santé, une rupture de son rythme est « une astreinte à payer en matière de santé et peut-être de vieillissement ».

Francis LEVIFrancis LEVI, directeur de l’unité Inserm Rythmes biologiques et cancers, a été à la fois plus précis et plus inquiétant en prévenant que « lorsque le système circadien est perturbé et qu’il ne fonctionne plus de façon coordonnée, on a un risque accru de développer des cancers, des maladies cardiovasculaires ou des maladies infectieuses ». Il en a déduit une intéressante approche chronothérapique dans l’administration des médicaments anticancéreux qui seraient 5 fois moins toxiques la nuit.

Enfin le Centre international de recherche contre le cancer, en s’appuyant sur des études épidémiologiques solides a classé le travail entraînant des perturbations du rythme circadien, comme « probablement cancérigène ».

Les résultats de l’étude française CECILE, publiés en 2012, sont éloquents. En comparant le parcours professionnel de 1 200 femmes ayant développé un cancer du sein entre 2005 et 2008 à celui de 1 300 autres femmes témoins, le risque de cancer est augmenté de près de 30 % chez les femmes ayant travaillé de nuit.

D’autres observations vont dans le même sens en ce qui concerne le cancer colorectal, le cancer de l’endomètre, le lymphome non hodgkinien ou le cancer de la prostate.

Plusieurs hypothèses ont été avancées pour expliquer les associations observées. L’éclairage artificiel en supprimant le pic nocturne de sécrétion de mélatonine limiterait les effets oncostatiques de cette hormone connue également pour son effet protecteur vis à vis des radicaux libres. Par ailleurs il perturberait le fonctionnement des gènes de l’horloge biologique qui contrôlent la prolifération cellulaire, ou affaiblirait le système immunitaire. Une perturbation de la régulation des hormones gonadotropes a été également avancée.

Actuellement, aucune de ces hypothèses ne peut être définitivement ni retenue, ni éliminée, mais elles génèrent des zones d’ombre bien préoccupantes.

La luminothérapie, voir la vie en rose avec une lumière bleue

L’augmentation de l’usage de l’éclairage artificiel ainsi que des tablettes, ordinateurs et autres matériels dotés de LED suscite certaines interrogations. En effet ces matériels produisent une lumière bleue alors que ce type de longueur d’onde est connu pour son efficacité très supérieure à celle de la lumière blanche sur la limitation de sécrétion de mélatonine. Leur usage a donc été rendu responsable d’un certain nombre d’effets indésirables dont la survenue de troubles du sommeil, notamment chez les ados très consommateurs de ce type de produits. Pourtant ce sont les vertus de la lumière bleue qui ont été davantage rapportées dans le cadre de la photothérapie ou luminothérapie.

D’une part des effets favorables dans le traitement de la dépression saisonnière (Seasonal Affective Disorder) ont été reconnus. Ce trouble, décrit pour la première fois en 1984, s’exprime en automne ou en hiver par trois signes majeurs, la fatigue, l’hypersomnie et la prise de poids. Il peut être rapproché de l’incidence accrue des syndromes dépressifs, rapportée chez des Inuits ou des aveugles, toutefois le rôle joué par la lumière est discuté.

En effet la SAD est plus fréquente au printemps ou à la fin de l’été que l’hiver, ce qui relativise le lien de cause à effet entre un manque de lumière et la survenue d’une dépression. De plus les symptômes ne sont pas tant ceux d’une dépression vraie que d’un simple syndrome comportemental hivernal. Quant au rôle joué par une limitation de la sécrétion de mélatonine il serait moins significatif que celui de la sérotonine, en remarquant que la sécrétion de mélatonine obéit à des mécanismes sérotoninergiques.

Quoi qu’il en soit ces troubles comportementaux réagissent bien à une exposition contrôlée à la lumière. La lumière bleue paraît très efficace et différents dispositifs ont été proposés sur le marché. Bien entendu un diagnostic médical précis, préalable au recours à la luminothérapie est indispensable.

Claude GONFRIERD’autre part une étude publiée en 2014, conduite par une unité INSERM dirigée par Claude GONFRIER, sur des membres de la station scientifique polaire internationale CONCORDIA, a démontré que la lumière blanche enrichie en longueurs d’ondes courtes (bleu), est plus efficace qu’une lumière blanche standard pour synchroniser le système circadien et activer les fonctions non-visuelles essentielles au bon fonctionnement de l’organisme. Cette même équipe a par ailleurs montré que l’impact de la lumière sur les régions cérébrales nécessaires à la réalisation d’une tâche cognitive dépendait de la couleur spécifique de la lumière reçue plus d’une heure auparavant.

Ainsi pourraient être développées des stratégies lumineuses intéressantes en termes de santé publique et de médecine du travail.

Une expérimentation a d’ailleurs été conduite par la mairie de PARIS dans une rue couverte du 15e arrondissement. Elle a consisté à tester un éclairage public innovant, consistant à changer la longueur d’onde de la lumière émise en fonction de la période de la journée : les couleurs de la lumière doivent être stimulantes le matin, et le soir reposantes et chaleureuses. Le matin la lumière est bleu ciel, le midi, bleu turquoise et le soir, blanche. Le changement de couleur de ces nouveaux néons est imperceptible à l’œil humain. Le plus: ces nouveaux systèmes d’éclairages permettent également de modifier l’ambiance glauque d’un endroit…Que demander de plus ?

Carte bleue et lumière bleue, l’assemblage qui va bien !

Les effets dangereux de la désynchronisation de l’horloge circadienne, notamment dans le travail posté, doivent être mieux pris en compte. Dans ce contexte ce n’est pas tant la lumière qui est remise en cause, que les conditions qui pour les individus président à ses modalités d’exposition. Souhaitons que l’opération 2015 année internationale de la lumière constitue un levier efficace dans l’exécution d’une telle tâche de santé publique.

De plus le risque de pollution lumineuse, parfois dénoncé, mérite la plus grande attention afin que certains types de lumière ne soient pas exploités à des fins moins nobles qu’on le souhaiterait, lorsqu’il s’agit par exemple de modifier l’ambiance glauque de certains endroits.

Sans vouloir conclure sur une note de méfiance paranoïaque, la manipulation de l’éclairage artificiel ne pourrait-elle pas infléchir nos comportements dans le but de nous rendre plus dociles ou économiquement plus corrects ?

Compte tenu des tendances du marché, la lumière bleue ne pourrait-elle pas, par exemple, être utilisée afin de favoriser le recours à la carte de la même couleur, au prétexte de faire voir la vie en rose à l’acheteur indécis ou à telle autre amatrice de lèche vitrine ?

Tout est possible, sinon déjà initié, mais honni soit qui mal y pense…

Pour y voir plus clair :

C GRONFIER
Horloge circadienne et fonctions non visuelles : rôle de la lumière chez l’Homme
www.researchgate.net/…/274634168_Horloge_circadienne_et_fonctions_non

C GRONFIER
Environnement de travail de faible luminosité : remettre à l’heure son horloge biologique
www.inserm.fr> Espace Journalistes

Y TOUITOU
Désynchronisation de l’horloge interne, lumière et mélatonine
www.acadpharm.org/dos_public/sommei_11.10.11_-_Touitou.pdf

F Menegaux, T. Truong, A Anger, E Cordina-Duverger, F Lamkarkach, P Arveux, P Kerbrat, J Févotte, P Guénel
Night work and breast cancer: a population-based case-control study in France (the CECILE study)
www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22689255

L GUARENTE
Et si vieillir c’était détraquer l’horloge
blog.santelog.com/…/horloge-biologique-et-si-vieillir-cetait-detraquer-lh...

R de Beaurepaire
SAD mais pas trop triste
psydoc-fr.broca.inserm.fr/bibliothq/revues/med…/deprebio7.html

F LEVI
La chimiothérapie plus efficace à certaines heures
sante.lefigaro.fr/…/21007-chimiotherapie-plus-efficace-certaines-heures

Paris Zigzag insolite et secret
L’éclairage parisien, notre horloge biologique
www.pariszigzag.fr/visite-insolite-paris/eclairage-paris-chronobiologique

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