Septembre 2021
Les processus biologiques, physiologiques et comportementaux sont régis par le rythme circadien, communément appelé l’horloge biologique. Le rythme circadien peut être défini comme un rythme biologique endogène prenant la forme d’un cycle d’environ 24 heures, régissant certains processus physiologiques cycliques comme le sommeil et l’alimentation. Il est impulsé par différentes « horloges » internes réparties dans l’organisme, dont la principale est située dans le noyau suprachiasmatique de l’hypothalamus. Ces horloges sont synchronisées par des stimuli externes dont les plus connus sont l’alternance jour/nuit et le rythme des prises alimentaires (Figure 1). S’appuyant sur une littérature de plus en plus riche, quatre experts expliquent comment les rythmes biologiques, les prises alimentaires et le métabolisme énergétique interagissent.
L’alternance jour/nuit et la prise alimentaire sont deux puissants régulateurs de l’horloge circadienne en interaction
(a) l’exposition à la lumière naturelle et l’alignement des apports énergétiques sur le jour solaire participent à la bonne synchronisation du système circadien. (b) Des signaux extérieurs tels que la lumière artificielle et une alimentation consommée pendant la nuit biologique contribuent à la désynchronisation circadienne.
Des interactions réciproques entre le rythme circadien et la prise alimentaire
La prise alimentaire n’est pas uniquement régie par les besoins énergétiques de l’organisme. Sa régulation, en particulier chez l'Homme, fait intervenir des régulations homéostatiques à court et à long terme pour anticiper les besoins, des facteurs de motivation et de récompense liés à la nourriture, ainsi que des décisions cognitives supérieures. Plusieurs horloges circadiennes présentes dans notre organisme interviennent dans ces différents systèmes de régulation de la prise alimentaire.
Plusieurs horloges en action dans le cerveau
Des horloges cérébrales situées à l'intérieur et à l'extérieur de l'hypothalamus influencent ainsi la prise alimentaire (Figure 2). L'horloge principale (en jaune) du noyau suprachiasmatique (NSC) régule la rythmicité du comportement alimentaire, tandis que celles externes au NSC (en gris) sont sensibles aux concentrations circulantes de nutriments et d'hormones. Par exemple, les noyaux du tronc cérébral du tractus solitaire intègrent les niveaux circulants en nutriments et en hormones ainsi que d’autres signaux du statut énergétique de l’organisme. Les horloges présentes dans le noyau accumbens (NAc), l’aire tegmentale ventrale (VTA) ou le cortex préfrontal (PFC) sont quant à elles impliquées dans les circuits dopaminergiques de motivation-récompense qui influencent les comportements alimentaires, par exemple en favorisant la sensibilité aux aliments appétents.
Régulation de la prise alimentaire par les horloges biologiques internes
Hormones et nutriments servent de signal aux horloges périphériques
Les rythmes alimentaires sont par ailleurs renforcés par les réponses métaboliques aux aliments détectés par les horloges des tissus périphériques. Les hormones (insuline, glucagon, leptine, ghréline…) et les nutriments (glucose, acides gras…) circulants, ainsi que les signaux transmis par le tractus gastro-intestinal (glucagon, insuline, IGF-1) déclenchent des réponses homéostatiques aiguës de manière rythmique (selon le cycle alimentation/jeûne) qui influencent à leur tour les rythmes endogènes des processus métaboliques.
Ainsi, les horloges internes participent à impulser son caractère rythmique à notre alimentation ; en retour, celle-ci participe à synchroniser nos horloges internes et les rythmes endogènes qui en découlent, via les signaux métaboliques qu’elle engendre.
Les conséquences d’une prise alimentaire désynchronisée
Les interactions complexes entre le rythme circadien, les prises alimentaires, et les processus métaboliques pourraient expliquer en partie les effets défavorables de certains comportements alimentaires. Ainsi, les études chez la souris montrent qu’une alimentation désynchronisée expérimentalement (alimentation fournie durant la phase de repos) ou riche en graisses, tout comme l’obésité, altèrent la santé métabolique en perturbant les rythmes circadiens. Les données chez l’Homme vont dans ce sens mais impliquent aussi d’autres facteurs comme la régularité des repas (voir l'article Sauter le petit-déjeuner fait-il grossir ?), l'importance de la répartition des apports énergétiques, voire des macronutriments, sur la journée (voir les articles Chrononutrition : quels liens avec les apports en glucides ? et Glucides : de préférence le matin ou le soir ?), la durée de jeûne nocturne et son alignement avec le rythme circadien (voir l'article Jeûne intermittent : l’importance de respecter l’horloge biologique) ou encore l'heure réelle des prises alimentaires par rapport à l’heure biologique interne (voir article Une alimentation à mesurer à l’aune de l’horloge biologique, et non de l’heure à la montre). Ces effets pourraient en partie résulter des variations diurnes qui caractérisent le contrôle glycémique, avec notamment une tolérance au glucose plus importante en première partie de journée (voir l'article Chrononutrition : un futur levier pour la prise en charge du diabète ?).
Les auteurs proposent ainsi une représentation des rythmes alimentaires au cours de la journée et les associent aux effets sur la santé métabolique chez l’Homme (Figure 3). Pour eux, les travaux n’en sont toutefois qu’à leurs débuts et de nombreux facteurs méritent d’être ajoutés à l’équation, comme l’influence du chronotype des sujets ou encore celle du « jetlag social* » sur le risque métabolique.
Différents rythmes alimentaires associés à la santé métabolique chez l’Homme
Les modèles alimentaires A, caractérisé par un petit déjeuner riche en énergie et un diner à faible valeur énergétique, et F, alimentation méditerranéenne avec un pic d'apport énergétique qui se situe au milieu de la journée (déjeuner), semblent avoir une réponse métabolique plus favorable que leurs inverses, respectivement B et E.
* Différence de durée et d’horaires de sommeil entre la semaine et le week-end, qui crée un décalage entre l’heure biologique de l’individu et l’heure sociale officielle.
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