Qu’est ce que la photothérapie
La lumière peut modifier les rythmes circadiens chez l’homme comme chez nombre d’animaux. Elle peut supprimer la sécrétion de mélatonine par l’épiphyse [1,2]. Chez l’homme comme chez les primates et les rongeurs, la lumière constitue un synchroniseur majeur [1-3]. Ces données ont changé nombre de conceptions physiopathologiques en psychiatrie et dans la clinique du sommeil. On a pu concevoir sur cette base une nouvelle approche thérapeutique physique : la photothérapie photopériodique 1. Cette dernière s’applique non seulement au Trouble Affectif Saisonnier mais aussi à un ensemble de situations pathologiques où des rajustements de l’horloge circadienne s’avèrent nécessaires. Dans ce cadre, il importe de baliser les découvertes récentes sur les rythmes circadiens et de poser les indications, les limites des connaissances et les principes de précautions qu’elles imposent.
1Photopériodique parce que relative aux phénomènes liés à la succession de la lumière et de l’obscurité, et pour la distinguer de la photothérapie photochimique de la lumière bleue (hyperbilirubinémie des nourrissons) et de la photothérapie dermatologique qui s’appuie sur les effets photoimmunologiques et photocosmétique des ultra-violets A.
L’Oscillateur circadien [4,5]:
Des rythmes circadiens ont été identifiés chez quelques rares prokaryotes et chez la plupart des eukaryotes uni- ou pluricellulaires. On a pu déceler chez tous ces animaux des unités génétiques et biomoléculaires de fonctionnement qui se révèlent stables et autonomes, aux travers d’embranchements et d’espèces aussi divers que les champignons, les insectes et les mammifères. Le rythme circadien qui en découle, répond à des contraintes physiques planétaires: le cycle nycthéméral de la température et la succession du jour et de la nuit. Il constitue une adaptation majeure dans l’évolution. A la maîtrise spatiale de l’environnement est venue s’ajouter, avec l’émergence des cyanobactéries, voici deux milliards sept cent millions d’années, un contrôle de la dimension temporelle imposée par le jour sidéral. L’identification de gènes horlogers « clock genes » et de leurs boucles oscillantes intracellulaires montre qu’il importe de bien distinguer un oscillateur circadien (regroupant les mécanismes essentiels génétiques et biomoléculaires intracellulaires), du système circadien qui englobe l’oscillateur, l’ensemble de ses entrées : les informations externes susceptibles de le rajuster et l’ensemble de ses sorties, soit toutes les expressions physiologiques et comportementales recensées actuellement (variations hormonales circadiennes, variations de la température interne, de l’humeur etc.). L’apparition d’un tel oscillateur, dès les prokaryotes, montre que ces rythmes sont apparus avant l’apparition d’un cerveau, avant même l’acquisition d’un noyau par les cellules.
Très brièvement résumé, l’oscillateur circadien, tel qu’il émerge chez les mammifères, compte actuellement cinq gènes horlogers appelés clock,bmal, per1, per2 et per3. L’expression intranucléaire de bmal évolue sur un mode circadien, avec un pic vers la fin du jour subjectif. Les deux premiers gènes codent pour des protéines CLOCK et BMAL1 qui s’associent pour former un hétérodimère CLOCK/BMAL1. Les trois autres gènes horlogers voient leurs pics se succéder au cours d’une période subjective qui s’étale de l’aurore (per1) au crépuscule (per2). Ces gènes déterminent la production de protéines PER 1, PER3 et PER2. L’hétérodimère CLOCK/BMAL1 active les gènes per, alors que les produits de ces derniers, qui s’hétérodimérisent également (PER1/PER1 etc.) interrompent eux l’activation de leurs propres gènes exercée par CLOCK/BMAL1. Ces protéines exercent donc un pouvoir transcripteur sur l’ADN. Leur jeu d’inhibitions et d’activations croisées constituent le cœur du « sablier circadien ». Les gènes horlogers tiennent sous leur coupe d’autres gènes, appelés gènes contrôlés par les gènes horlogers. Des recherches récentes ont montré que parmi ceux-ci figuraient les gènes de l’arginine-vasopressine et de l’albumine.
Dans l’intimité même de l’oscillateur circadien, on a pu mettre en évidence le rôle de l’action de la lumière. Cette dernière est à même de produire une induction aiguë des gènes per1 et per3, respectivement après 60 et 90 minutes d’éclairage, délais compatibles avec les observations cliniques. Le mode intime d’action de la lumière, n’est pas encore bien connu mais semble impliquer un gène cry2. Ce dernier code pour un pigment cryptochrome, constitutif de photorécepteurs sensibles à une longueur d’onde située aux alentours de 500 nanomètres, soit à la jonction des lumières verte et bleue. Le cryptochrome est une structure moléculaire basée sur la vitamine B2 alors que l’opsine des cônes et des bâtonnets est apparentée à la vitamine A. Au « sablier » s’ajoute ainsi un « cadran solaire » circadien.
Le système circadien [6]:
Un système circadien comprend l’oscillateur intracellulaire, ses entrées et ses sorties qui donnent lieu à un phénotype propre à chaque espèce. Avec l’évolution des pluricellulaires et en particulier des chordés à l’ère du cambrien, il y a six cent millions d’années, une certaine forme de spécialisation des cellules dans l’organisation du système circadien est apparue. Elle est probablement liée au fait de l’acquisition de téguments de plus en plus opaques. La lumière, dans ces conditions ne peut plus atteindre des structures internes. C’est chez les mammifères que les connaissances sur le système circadien sont les mieux établies.
Chez ces derniers, le noyau suprachiasmatique, noyau complexe situé dans la partie antérieure de l’hypothalamus, représente le stimulateur circadien dominant. C’est à ce niveau que l’oscillateur circadien exprime sa plus grande puissance. Il n’est pas directement sensible à la lumière mais reçoit une influence de celle-ci par la rétine et un faisceau rétino-hypothalamique [7,8]. D’autres voies humorales restent cependant possibles [9]. Pour ce qui est de la rétine, la phototransduction ne dépend pas de l’intégrité des cônes, ni des bâtonnets [10]. On soupçonne un rôle pour les cellules amacrines (dopaminergiques), ou pour les cellules ganglionnaires [11]. A cet égard, l’œil n’est donc plus seulement un organe sensoriel limité à la reconnaissance des couleurs, des formes et du relief (par le biais de la vision binoculaire) mais également un détecteur de luminosité. Le noyau suprachiasmatique reçoit d’autres influences susceptibles de modifier sa phase d’émission ou de l’entraîner sur une longueur d’onde différente de sa pulsation spontanée. Parmi celles-ci, il faut mentionner la mélatonine, substance dérivée de la sérotonine, émise dans le cerveau par l’épiphyse. Chez les mammifères, l’épiphyse reçoit une information sur le degré de luminance qui affecte les yeux, via le noyau suprachiasmatique puis par une voie complexe qui emprunte le tronc cérébral, les projections orthosympathiques du ganglion spinal supérieur sur les pinéalocytes. La lumière bloque la sécrétion de mélatonine et l’obscurité stimule sa sécrétion. Mais la mélatonine est produite en fonction de la photopériode saisonnière. On exprime par là que le début de sa sécrétion nocturne, dans les conditions normales, précède quelque peu l’irruption de l’obscurité nocturne. Elle amorce son pic de sécrétion dès le crépuscule et jouerait dès lors un rôle nyctèrotrope 2. Elle agit en retour sur le noyau suprachiasmatique, par un effet de ralentissement de la période pulsatile de celui-ci.
En dehors de ces influences, le noyau suprachiasmatique dispose, par essence, d’une fréquence propre. Chez l’humain, les travaux pionniers d’Aschoff et de Wever [12], situaient la période propre à 25 heures environ. Des travaux plus récents montrent que cette longueur d’onde doit être revue à la baisse et se situe plus près de celle du nycthémère tout en restant légèrement plus grande. La période moyenne chez l’individu normal est de 24 heures et 18 minutes. Elle reste très stable au cours du vieillissement [13].
2nyctérotrope : de nux et tropos, étymologiquement, qui induit un comportement nocturne fait chez l’homme de torpeur, d’engourdissement, d’un ralentissement locomoteur, d’une hypothermie.
Qu’est-ce que la lumière vive?
On a pu montrer que la lumière ambiante était susceptible de modifier le rythme circadien spontané des êtres humains et d’un très vaste ensemble de vertébrés [6], soit en interférant avec la longueur d’onde du rythme circadien spontané, soit en modifiant la phase de ce rythme en fonction du moment d’application : Le matin, l’administration de lumière vive produit une avance de phase et le soir un retard de phase alors que cette même application à minuit et à midi n’est pas efficace. Ces influences se traduisent par une Courbe de Réponse de Phase.
L’être humain se distingue des rongeurs et des autres primates par l’intensité nécessaire de l’éclairement. Cette intensité doit être beaucoup plus élevée chez les humains pour entraîner les mêmes modifications [1,2]. Elle est du même ordre de grandeur que celle qui est requise en pratique, dans le traitement de la dépression saisonnière (trouble affectif saisonnier). Il importe donc de maîtriser quelques concepts physiques ou biophysiques en matière de lumière et de photométrie.
L’information visuelle est de nature à la fois quantitative (traduite par les expressions courantes de luminosité, d’éclat, de brillance, de clarté) et qualitative (la couleur). Ces deux aspects renvoient à deux métriques bien distinctes : la photométrie pour le quantitatif et la colorimétrie pour le qualitatif [14]. Dans le domaine quantitatif, l’unité fondamentale d’intensité lumineuse est le candela 3. Le lumen en dérive et représente l’unité de flux lumineux quand, dans un volume d’un stéradian, le sommet émet une lumière d’un candela. En pratique, candela et lumen sont intégrés dans des unités qui traduisent des quantités d’éclairage (nit) ou d’éclairement (lux), par unité de surface. Un nit 4, unité d’éclairage, correspond à une intensité de 1candéla émise par une surface de 1 m2. Un lux 5, unité d’éclairement, correspond à un flux de 1 lumen reçu par une surface de 1 m2.
Des relations mathématiques lient ces deux paramètres. L’éclairement diminue avec le carré de la distance entre la source lumineuse et la zone de réception du flux émis, ce qui pose des problèmes pour la construction d’appareil de photothérapie et justifie la recherche d’émetteur dont la source se rapproche de la cible.
Le champs qualitatif comprend trois paramètres car les cônes, cellules de la rétine impliquées dans la vision des couleurs se différencient par trois pigments différents : la vision des couleurs est trivariante. Les maxima de sensibilité se situent à 440 nm (bleu), 535 nm (vert) et 575 nm (jaune/orange)6.
En photothérapie photopériodique, on parle de lumière vive (bright light) pour des intensités d’éclairement d’au moins 2 000 lux. Des intensités d’éclairement situées entre 100 et 300 lux sont, à coup sûr, considérées comme faibles (dim light).
Une relation entre le temps d’exposition et l’intensité d’éclairement a été démontrée dans la dépression saisonnière où une dose de 10 000 lux pendant 30 minutes a un effet semblable à une dose de 2 000 lux pendant 2 heures [15]. Rappelons ici que de façon générale, sur le plan physiologique, les intensités requises chez l’homme sont supérieures à celles pratiquées pour les animaux de laboratoire [1,2].
On observe que la lumière blanche semble plus efficace que toute région plus restreinte du spectre. Toutefois, il est intéressant, au vu des données fondamentales récentes sur l’oscillateur circadien, de relever des couleurs situées aux franges du vert et du bleu, aux environ de 505 nm sont les plus efficaces [16-19].
3Candéla : intensité lumineuse, dans une direction donnée, d’une source qui émet un rayonnement monochromatique de fréquence de 540 téraherz et dont l’intensité énergétique dans cette direction est de 1/683 watt par stéradian.
4Le ciel nocturne par nuit de pleine lune émet deux centièmes de nit et le disque solaire émet 1,5 milliards de nits.
5L’éclairement reçu au niveau des yeux en présence d’un écran d’ordinateur, dans une pièce éclairée par la lumière du jour est de 200 lux et dehors, à midi, au mois d’août, sous nos latitudes, dans un lieu vallonné, fait de bosquets et de pâturages, l’œil portant peut recevoir de 10.000 à 30.000 lux.
6Le spectre visible s’étend de 380 nm à 780 nm
