Pourquoi le timing est important

Introduction

Chaque intervention circadienne, exposition à la lumière, mélatonine, exercice, horaire de sommeil, dépend du moment où elle est appliquée. Le même stimulus qui accélère l’adaptation à une phase circadienne donnée peut retarder l’horloge à une autre phase. Il ne s’agit pas d’une simple variation d’amplitude ; dans de nombreux cas, une différence de quelques heures inverse complètement la direction du décalage. Gérer efficacement le jet lag exige de savoir non seulement quoi faire, mais quand le faire.

Les signaux circadiens dépendent du timing

Le concept de courbe de réponse de phase (CRP) formalise cette dépendance. Une CRP cartographie l’amplitude et la direction du décalage de l’horloge en fonction de la phase circadienne à laquelle un stimulus est appliqué.

Les CRP à la lumière sont les mieux caractérisées chez l’humain. Une étude fondatrice (Czeisler et al., 1989) a démontré que la lumière intense décale le pacemaker circadien de façon fortement dépendante de la phase : la lumière au matin biologique avance l’horloge ; la lumière en nuit biologique la retarde ; la lumière près du minimum de température corporelle centrale (CBTmin) produit les décalages les plus importants dans les deux sens. Khalsa et al. (2003) ont affiné ces résultats en publiant une CRP à haute résolution montrant des zones d’avance et de retard cohérentes.

Les CRP à la mélatonine suivent un schéma approximativement inverse à celui de la lumière. La mélatonine exogène avance l’horloge lorsqu’elle est prise en début de soirée, et la retarde lorsqu’elle est prise le matin (Burgess et al., 2008 ; Burgess et al., 2010). La CRP de la mélatonine est décalée d’environ 12 heures par rapport à celle de la lumière.

Les CRP de l’exercice ont également été caractérisées (Youngstedt et al., 2019), avec des réponses dépendantes de la phase, bien que l’étude ait été réalisée sous environ 50 lux et que l’ampleur du décalage de l’horloge par l’exercice indépendamment de l’exposition à la lumière n’ait pas été pleinement établie.

Timing correct ou incorrect

Prenons l’exemple d’un vol vers l’est de 8 heures, où le CBTmin survient à midi heure locale le premier jour à destination. L’horloge est donc en retard d’environ 8 heures sur l’heure locale.

La lumière du matin (par exemple, 9 h heure locale) tombe avant le CBTmin. Sur la CRP de la lumière, cette période correspond à la zone de retard. Le résultat est un signal de retard, poussant l’horloge dans la direction opposée à ce qui est nécessaire.
La lumière de l’après-midi (par exemple, 14 h–16 h heure locale) tombe après le CBTmin, dans la zone d’avance de la CRP. Cela produit le signal d’avance nécessaire pour l’adaptation vers l’est.

La conséquence pratique : chercher la lumière solaire le premier matin après un grand vol vers l’est est contre-productif. Le comportement instinctif, sortir le matin, peut activement ralentir ou inverser l’adaptation.

Exposition à la lumière au mauvais moment

Des données de laboratoire confirment que la lumière à la mauvaise phase non seulement n’aide pas, mais s’oppose activement à l’adaptation. Mitchell et al. (1997) ont montré que la lumière intense administrée à une phase circadienne incorrecte empêchait le décalage de phase souhaité de se produire. L’horloge était décalée dans la mauvaise direction, prolongeant la période de jet lag plutôt que de la raccourcir.

Des données de terrain confirment la même conclusion. Takahashi et al. (2001) ont suivi des sujets traversant 11 fuseaux horaires vers l’est. Malgré une exposition naturelle à la lumière matinale et de l’après-midi à destination, 7 sujets sur 8 ont vu leur horloge se retarder plutôt que s’avancer. L’exposition non contrôlée à la lumière poussait l’horloge dans le mauvais sens.

Mélatonine au mauvais moment

Administrer de la mélatonine à la mauvaise phase circadienne comporte le même risque de décaler l’horloge dans la mauvaise direction. Puisque la CRP de la mélatonine est inverse à celle de la lumière, la fenêtre d’erreur pour la mélatonine est différente de celle de la lumière.

L’effet hypnotique de la mélatonine est également dépendant de la phase. Wyatt et al. (2006) ont montré que les propriétés favorisant le sommeil de la mélatonine sont les plus fortes lorsqu’elle est administrée en opposition au signal d’éveil circadien, c’est-à-dire pendant la journée biologique. Lorsqu’elle est prise pendant la nuit biologique, la mélatonine s’ajoute à peu à la mélatonine endogène déjà présente, et les effets favorisant le sommeil sont minimes.

Sommeil au mauvais moment

Forcer le sommeil à l’heure locale de destination sans gérer la lumière et la phase circadienne peut aussi entraver l’adaptation. Eastman et al. (2005) ont étudié une transition vers l’est simulée dans laquelle les sujets avançaient leur horaire de sommeil de 2 heures par jour. Ce rythme d’avance dépassait la capacité de décalage de l’horloge circadienne. Au troisième jour, les sujets tentaient de dormir avant leur début de sécrétion de mélatonine en lumière tamisée (DLMO), ce qui signifiait qu’ils essayaient de dormir avant que leur soirée biologique n’ait commencé. Le résultat était une efficacité du sommeil réduite et des réveils fréquents.

Cela illustre que la planification du sommeil ne peut pas être optimisée de façon isolée par rapport à la phase circadienne. Le système circadien conditionne la qualité du sommeil, et forcer le sommeil dans la mauvaise phase perturbe l’adaptation plutôt qu’elle ne l’accélère.

Pourquoi les horaires doivent être précis

La fenêtre pour une intervention efficace est relativement étroite. Les recherches suggèrent que la période la plus efficace pour des avances ou retards de phase par la lumière ou la mélatonine est d’environ 3 à 6 heures de part et d’autre du CBTmin. En dehors de cette fenêtre, les effets du stimulus sont plus faibles. Près du point de transition entre les zones d’avance et de retard, une erreur de timing de 1 à 2 heures suffit à inverser la direction du décalage.

Burgess et al. (2003) ont illustré les enjeux pratiques avec un voyage simulé de Los Angeles à Paris (9 fuseaux horaires vers l’est). Un voyageur arrivant à Paris le matin heure locale a son CBTmin tôt le matin, ce qui signifie qu’il est initialement exposé à la lumière matinale avant le CBTmin, un signal de retard le premier jour. Sans aucune préparation avant le vol, la fenêtre d’évitement (la période pendant laquelle la lumière doit être bloquée pour éviter des signaux de retard contre-productifs) occupe la majeure partie de la matinée parisienne.

Après un protocole de 3 jours d’avance de phase avant le vol, le CBTmin du même voyageur s’est décalé plus tôt. La fenêtre d’évitement à destination est d’environ 3 heures plus courte le premier jour, réduisant considérablement le risque de signaux de retard involontaires et permettant au voyageur de commencer à recevoir de la lumière favorisant l’avance plus tôt dans la journée.

Pourquoi l’application calcule le CBTmin

L’application Jetlag Coach calcule votre CBTmin estimé en fonction de vos horaires de sommeil habituels et l’utilise comme point de référence pour toutes les interventions planifiées. Les fenêtres de recherche et d’évitement de la lumière, le timing de la mélatonine et les cibles d’horaire de sommeil sont toutes définies par rapport au CBTmin, et non par rapport à l’heure locale ou à un protocole fixe.

Cela est nécessaire car le CBTmin varie entre les individus (différences de chronotype), se déplace progressivement au cours de l’adaptation, et change de position par rapport à l’heure locale selon la direction et l’amplitude du voyage. Un horaire fixe ne peut pas tenir compte de ces facteurs. Calculer le CBTmin individuellement et suivre son évolution pendant l’adaptation permet à l’horaire de rester dans la zone efficace des CRP pertinentes tout au long de la récupération.

Points clés

Chaque stimulus circadien, lumière, mélatonine, exercice, sommeil, produit des effets dépendants de la phase. Le timing détermine à la fois l’amplitude et la direction.
La même exposition lumineuse qui avance l’horloge après le CBTmin la retarde avant le CBTmin. Une erreur de 1 à 2 heures près du point de transition est suffisante pour inverser l’effet.
L’exposition non contrôlée à la lumière après de grands vols vers l’est produit couramment un retard plutôt qu’une avance ; 7 sujets sur 8 dans une étude de terrain ont retardé lors d’un passage de 11 fuseaux horaires vers l’est (Takahashi 2001).
La mélatonine administrée à la mauvaise phase décale l’horloge dans la mauvaise direction. Son effet hypnotique est également dépendant de la phase (Wyatt 2006).
Des avances rapides de l’horaire de sommeil sans alignement circadien réduisent l’efficacité du sommeil (Eastman 2005).
La fenêtre d’intervention efficace est de 3 à 6 heures de part et d’autre du CBTmin ; des erreurs de timing de 1 à 2 heures peuvent inverser la direction du décalage.
L’adaptation préalable au vol réduit la fenêtre d’évitement et accélère l’adaptation après l’arrivée (Burgess 2003).
Jetlag Coach calcule le CBTmin individuellement et planifie toutes les interventions par rapport à lui.

Références

Czeisler, C. A., Kronauer, R. E., Allan, J. S., Duffy, J. F., Jewett, M. E., Brown, E. N., & Ronda, J. M. (1989). Bright light induction of strong (type 0) resetting of the human circadian pacemaker. Science, 244(4910), 1328–1333.

Khalsa, S. B. S., Jewett, M. E., Cajochen, C., & Czeisler, C. A. (2003). A phase response curve to single bright light pulses in human subjects. Journal of Physiology, 549(3), 945–952.

Burgess, H. J., Revell, V. L., & Eastman, C. I. (2008). A three pulse phase response curve to three milligrams of melatonin in humans. Journal of Physiology, 586(2), 639–647.

Burgess, H. J., Revell, V. L., Molina, T. A., & Eastman, C. I. (2010). Human phase response curves to three days of daily melatonin: 0.5 mg versus 3.0 mg. Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism, 95(7), 3325–3331.

Youngstedt, S. D., Elliott, J. A., & Kripke, D. F. (2019). Human circadian phase-response curves for exercise. Journal of Physiology, 597(8), 2253–2268.

Mitchell, P. J., Hoese, E. K., Liu, L., Fogg, L. F., & Eastman, C. I. (1997). Conflicting bright light exposure during night shifts impedes circadian adaptation. Journal of Biological Rhythms, 12(1), 5–15.

Takahashi, T., Sasaki, M., Itoh, H., Ozone, M., Yamadera, W., Hayashida, K., … Shibui, K. (2001). Re-entrainment of the circadian rhythms of plasma melatonin in an 11-h eastward bound flight. Psychiatry and Clinical Neurosciences, 55(3), 275–276.

Burgess, H. J., Crowley, S. J., Gazda, C. J., Fogg, L. F., & Eastman, C. I. (2003). Preflight adjustment to eastward travel: 3 days of advancing sleep with and without morning bright light. Journal of Biological Rhythms, 18(4), 318–328.

Wyatt, J. K., Dijk, D.-J., Ritz-De Cecco, A., Ronda, J. M., & Czeisler, C. A. (2006). Sleep-facilitating effect of exogenous melatonin in healthy young men and women is circadian-phase dependent. Sleep, 29(5), 609–618.

Eastman, C. I., Gazda, C. J., Burgess, H. J., Crowley, S. J., & Fogg, L. F. (2005). Advancing circadian rhythms before eastward flight: A strategy to prevent or reduce jet lag. Sleep, 28(1), 33–44.