Le système circadien de l’être humain est composé de plusieurs structures et organes dont les fonctions sont bien définies. Ils génèrent entre autres les rythmes circadiens, soit les rythmes biologiques d’une durée environnant les 24 heures possédant au moins un cycle par période de 24 heures. Ces derniers sont modulés tout en intégrant les conditions environnementales dans lesquelles se situe l’organisme. Un des rythmes les plus marqués chez l’espèce humaine, mais également chez la très grande majorité du règne animal, est le rythme veille-sommeilA.Martinez-Nicolas, J.A. Madrid, F.J., García, M. Campos, M.T. Moreno-Casbas, P.F. Almaida-Pagán, A. Lucas-Sánchez, M.A. et Rol. Circadian monitoring as an aging predictor, 2018, Scientific reports, 8(1), 15027. https://doi.org/10.1038/s41598-018-33195-3.
Le stimulateur central et une série d’oscillateurs périphériques constituent les composantes principales du système circadien. Ils ont chacun différentes entrées et sorties. Le stimulateur central du système circadien se situe dans l’hypothalamus ventral, plus précisément dans le noyau suprachiasmatiqueP. Kim, H. Oster, H. Lehnert, S.M Schmid, N. Salamat, J.L Barclay, E. Maronde, W. Inder et O. Rawashdeh, Coupling the circadian clock to homeostasis: the role of Period in timing physiology, 2018, Endocrine Reviews. https://doi.org/10.1210/er.2018-00049.. Grâce aux entrées intégrées par le système circadien, c’est-à-dire, les signaux environnementaux, le stimulateur central a pour but de veiller à ce que l’organisme reçoive toute l’information temporelle de son environnement. Il transformera ensuite cette information sous forme hormonale ou neuronale pour qu’elle puisse être mieux assimilée et par la suite, coordonner la rythmicité des tissus périphériquesD.Bell-Pedersen, V.M. Cassone, D.J Earnest, S.S. Golden, P.E Hardin, T.L. Thomas et M.J. Zoran. Circadian rhythms from multiple oscillators: lessons from diverse organisms, 2005, Nature Reviews Genetics, 6(7), 544. https://doi.org/10.1038/nrg1633..
Le vieillissement normal de l’être humain entraîne avec lui le déclin de plusieurs fonctions physiologiques tant au niveau neurocognitif qu’au niveau physique. On observe également des irrégularités de plus en plus fréquentes dans le fonctionnement du système circadien ce qui affecte à son tour le fonctionnement des rythmes circadiens. Le rythme veille-sommeil en particulier semble être un des premiers rythmes grandement altérés chez les aînés.
Effet global du vieillissement sur le système circadien
Changement de l'entraînement, de la phase, de l’amplitude et de la période des rythmes circadiens L’entraînement est la relation entre le rythme circadien et le signal de l’environnement. Avec le temps, l’entraînement assure la synchronisation du rythme avec les facteurs environnementaux dans lesquels se situent l’organisme. Par exemple, un rythme endogène de moins de 24 heures peut être entraîné pour atteindre une durée de 24 heures grâce aux signaux environnementaux. Plus fréquemment, cet entraînement aura lieu par l’alternance qu’amène le cycle lumière-obscuritéC.S. Pittendrigh et S. Daan . A functional analysis of circadian pacemakers in nocturnal rodents. IV. Entrainment: Pacemaker as clock, 1976, Journal of comparative Physiology, 106(3),291–331. http://hdl.handle.net/11370/a0ac007f-1846-41fd-8497-eacc8f626322.. Le vieillissement de l’organisme explique souvent l’altération observée quant à la rythmicité de la locomotion dans un cycle LD. En effet, à l’obscurité, le début de l’activité est plus tôt chez les personnes âgées. On remarque également, chez ces individus, un décalage de la rythmicité de la température basale corporelle et de la mélatonine par rapport au sommeil et à l’obscuritéJ.F. Duffy, J.M. Zeitzer, D.W. Rimmer, E.B. Klerman,D.J. Dijk et C.A. Czeisler, Peak of circadian melatonin rhythm occurs later within the sleep of older subjects, 2002, American Journal of Physiology Endocrinology and Metabolism, 282(2), 297-303. https://doi.org/10.1152/ajpendo.00268.2001. . Cela dit, les personnes âgées se coucheront plus tôt en général, leur horloge biologique étant décalée et causant, par le fait même, un avancement dans le temps du début de sommeilJ.F. Duffy, K.M. Zitting et E.D. Chinoy, Aging and Circadian Rhythms, 2015, Sleep Medicine clinics, 10(4), 423-434. : https://doi.org/10.1016/j.jsmc.2015.08.002..
En d’autres mots, chez les personnes âgées, les rythmes circadiens présentent une avance de phase. Des exemples de rythmes qui se manifestent de cette façon sont ceux de la température corporelle chez les personnes de 60 ans et plus, ainsi que le rythme de production de mélatonine, l’hormone du sommeil. Cette hormone est synthétisée pendant le sommeil, lors d’une absence de lumière, et son rôle principal est de réguler le rythme veille-sommeilS.R.Rüdiger Hardeland, Pandi-Perumal et Daniel P. Cardinali, 2016, Melatonin, SciencesDirect 38(3), 313-316. https://doi.org/10.1016/j.biocel.2005.08.020..
De plus, plusieurs études montrent la réduction dans l’amplitude des rythmes circadiens avec l’âge. Chez les humains en particulier, une baisse d’amplitude du rythme circadien de la température corporelle avec l’âge est remarquéeE.D. Weitzman, M.L. Moline, C.A. Czeisler et J.C. Zimmerman. Chronobiology of aging: temperature, sleep-wake rhythms and entrainment, 1982, Neurobiology of Aging, 3(4), 299-309. https://doi.org/10.1016/0197-4580(82)90018-5.,de même quant à l’amplitude du rythme de l’hormone de mélatonineA. Van Coevorden, J. Mockel, E.Laurent et al. Neuroendocrine rhythms and sleep in aging men., 1991, American Journal of Physiology, 260(4 Pt 1) 651–661. https://doi.org/10.1152/ajpendo.1991.260.4.E651.. On observe également une diminution d’amplitude dans le cycle repos-activitéV.S. Valentinuzzi, K. Scarbrough, J.S. Takahashi et F.W. Turek, 1997, Effects of aging on the circadian rhythm of wheel-running activity in C57BL/6 mice. 1997, The American journal of physiology, 273 6 Pt 2, R1957-64. https://doi.org/10.1152/ajpregu.1997.273.6.R1957. Ce cycle est rythmé sur 24 heures par le sommeil et régulé grâce à l’horloge endogène, permettant d’alterner le sommeil et l’éveilAnna Wirz-Justice, Carmen M. Schröder, Paola Fontana Gasio, Christian Cajochen et Egemen Savaskan. The Circadian Rest-Activity Cycle in Korsakoff Psychosis, 2010, The American Journal of Geriatric Psychiatry, 18(1), 33-41. https://doi.org/10.1097/JGP.0b013e3181b0467a.. Après analyse de l’activité électrique des cellules dans les noyaux suprachiasmatiques, on remarque également une diminution au niveau de l’amplitude du cycleJ.F.Duffy , D.J. Dijk , E.B. Klerman E et al. Later endogenous circadian temperature nadir relative to an earlier wake time in older people, 1998, American Journal of Physiology. 275 (5 Pt 2),1478–1487. https://doi.org/10.1152/ajpregu.1998.275.5.R1478.. Finalement, des expériences menées auprès de plusieurs espèces mammifères ont démontré des périodes de plus courte durée dans les rythmes circadiens chez les animaux plus âgésC.S. Pittendrigh et S. Daan. Circadian oscillations in rodents: a systematic increase of their frequency with age, 1974, Science, 186(4163), 548-550. http://science.sciencemag.org/content/186/4163/548. .
Action du vieillissement sur les différentes sorties du système circadien De plus, les rythmes circadiens affectent les chronotypes quotidiens, soit le temps préféré chez une personne, dans la journée, pour se coucher ou être alerte et énergiqueC.T. Simpkin, O.G. Jenni, M.A. Carskadon, K.P. Wright, L.D. Akacem, K.G. Garlo et M.K. LeBourgeois, Chronotype is Associated with the Timing of the Circadian Clock and Sleep in Toddlers, 2014, Journal of Sleep Research, 23(4), 397-405. https://doi.org/10.1111/jsr.12142 .. La preuve de cette manifestation différente dans les chronotypes est l’observation des altérations dans les choix comportementaux. En effet, les variations interpersonnelles de l’horloge circadienne lors du vieillissement ont été associées avec une préférence au matin par rapport au soir. Avec l’âge, par exemple, les sorties du système circadien sont modifiées. Ainsi, les rythmes physiologiques circadiens sont altérés, tels que la température corporelle, le déclenchement des potentiels d’action par les neurones du noyau suprachiasmatique, la libération d’hormones comme le cortisol et la mélatonine, le niveau du glucose dans le plasma à jeûne et enfin l’expression des gènes de l'horlogeS. Hood & S. Amir, The aging clock: circadian rhythms and later life, 2017, The Journal of clinical investigation, 127(2), 437-446. https://www.jci.org/articles/view/90328..
Altération de la réponse à la lumière Le fonctionnement des stimulateurs centraux du système circadien et leur capacité à percevoir des signaux provenant de l’extérieur sont altérés avec l’âge. Les causes principales de cette altération sont, premièrement, le myosis entraînant une diminution du diamètre des pupilles; deuxièmement la réduction de la densité et l'atrophie des dendrites des cellules ganglionnaires intrinsèquement photosensibles (ipRGCs). Tout cela aboutit à une réduction de la lumière bleue transmise par le cristallin au noyau suprachiasmatique. On sait que la lumière est la source primaire influençant les rythmes circadiens et utilisée pour synchroniser les rythmes à une durée environnant les 24 heures. Ainsi, le changement de perception lumineuse peut conduire à certaines altérations des rythmes circadiensJ.F. Duffy et C.A. Czeisler, Effect of Light on Human Circadian Physiology, 2009, Sleep medicine clinics, 4(2), 165-177. https://doi.org/10.1016/j.jsmc.2009.01.004..
En outre, plusieurs expériences qui consistent à utiliser des flux lumineux sur des personnes d’âges variables (jeunes à âgées) pendant cinq heures par jour, et ce, sur trois jours. Le but est de cibler plus précisément les régions de délai et d’avance de la courbe de réponse de phase (CRP). Quand la lumière est présentée à la région des délais de la CRP, il n’y a aucun résultat indiquant une différence entre le décalage de phase des jeunes et des personnes âgées, tandis que lorsque la lumière est présentée à la région des avances de la CRP, la réponse par un décalage de phase est réduite chez les personnes âgées E.B. Klerman, J.F. Duffy, D.J. Dijk et C.A. Czeisler. Circadian phase resetting in older people by ocular bright light exposure, 2001, Journal Investigative Medicine, 49(1), 30-40. https://dx.doi.org/10.2310/6650.2001.34088..
Vieillissement du noyau suprachiasmatique