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20 LUMIÈRE Prevention Tribune Édition Française | Juin/Juillet 2017 La lumière et l’horloge biologique 1 2 Fig. 1 : Rythmes circadiens de l’organisme humain. | Fig. 2: C1, 2 – Formes possibles de sensibilité relative des capteurs circadiens, smel – le spectre d’action méla- nopique et V((cid:540)) établis en 2015 – la fonction d’efﬁ cacité lumineuse spectrale. personnes dont la vision était normale. Lorsque les patients recouvraient la vue après une chirurgie, les taux revenaient à une valeur normale. Il a également décou- vert que certaines distributions lumineuses et l’exposition à une lumière insufﬁ sante, excessive ou constante produisaient des ef- fets indésirables sur les organismes. Depuis quelques années, de nouveaux photorécep- teurs — les cellules ganglionnaires réti- niennes intrinsèquement photosensibles (ipRGC) — ont fait l’objet de nombreuses analyses après leur découverte dans la rétine de la souris en 1991 puis chez l’être humain en 2007. Les ipRGC contiennent un pigment photosensible dénommé mélanopsine, dont l’absorption maximale se situe entre 450 nm et 482 nm (le pigment absorbe également, mais rarement, les longueurs d’onde com- prises entre 420 nm et 491 nm). Ces cellules transmettent les signaux de synchronisa- tion à l’horloge biologique centrale, elles jouent également un rôle dans le réﬂ exe pu- pillaire et peuvent aussi intervenir dans la voie visuelle. Elles sont réparties dans l’en- semble de la rétine, mais sont plus nom- breuses dans la partie inférieure. On les dénomme les « capteurs circa- diens » ou les « capteurs de ciel bleu » en rai- son de leur sensibilité élevée à la lumière bleue et leur distribution spatiale dans la ré- tine. Selon les dernières recherches5, le signal de synchronisation est également régulé par les cônes et, dans une large mesure, par la durée d’exposition. Une comparaison des ef- fets de deux rayonnements lumineux à bande étroite, aux longueurs d’onde de 460 nm (bleu) et 555 nm (vert), a été réalisée : l’effet initial sur la diminution du taux de mélatonine s’est avéré presque comparable. Toutefois, l’effet du rayonnement vert a ces- sé après environ 90 minutes tandis que ce- lui du rayonnement bleu a persisté. Par conséquent, l’efﬁ cacité circadienne de la lu- mière bleue C1((cid:540)), où (cid:540) est la longueur d’onde, indique une sensibilité à long terme alors que celle de la lumière verte C2((cid:540)) en dénote une à court terme. Deux effets de la lumière ont été observés : une diminution du taux de mélatonine et un décalage de phase de l’horloge biologique centrale. Figueiro et Hubalek ont décrit la mise au point d’un dosimètre circadien (Daysimeter, LuxBlick).6, 7 Il s’agit d’un petit instrument que l’on porte comme une paire de lunettes. Deux photodiodes sont utilisées comme capteurs dont l’un est ajusté à l’efﬁ cacité lu- mineuse spectrale V((cid:540)) et le second à l’efﬁ ca- cité circadienne C((cid:540)) au moyen d’un ﬁ ltre. Les valeurs mesurées sont enregistrées avec un horodatage à des intervalles de dizaines de secondes. L’analyse des données peut in- diquer si l’utilisateur reçoit une dose de lu- mière sufﬁ sante pour agir sur le système nerveux et s’il est inﬂ uencé par la lumière durant la nuit. Les points critiques peuvent être localisés à temps de sorte qu’un traite- ment peut être proposé. Des informations acquises au moyen de capteurs supplémen- taires, tels qu’un accéléromètre ou un ther- momètre, peuvent faciliter l’interprétation des données lumineuses. De par nature, il est bénéﬁ que que le taux de mélatonine diminue le matin et se main- tienne à un niveau bas pendant la journée car cette hormone intervient dans le déclen- chement de certains processus qui augmen- tent la vigilance, l’activité et la concentra- tion. Des sources lumineuses de tempéra- ture de couleur plus élevée peuvent favori- ser un spectre enrichi dans la bande d’efﬁ cacité circadienne. D’autre part, en ana- lysant les diagrammes de Kruithof, qui ren- seignent sur le confort visuel d’un éclairage, il est possible d’anticiper le besoin d’un ni- veau d’éclairage accru pour les utilisateurs sur le lieu de travail, notamment aussi par la mise en place de luminaires locaux. Un éclai- rement lumineux plus important et une température de couleur plus élevée peuvent produire des effets économiques tangibles sur l’environnement professionnel, qui se traduisent par une meilleure qualité du tra- vail8, une baisse du niveau de stress4, une uti- lisation du temps de travail plus efﬁ cace ou une réduction des congés de maladie. La mé- latonine étant l’hormone du sommeil et de la régénération de l’organisme, piégeuse des radicaux libres et tueuse des cellules cancé- reuses dans le corps, il est donc bien plus sa- lutaire de lui laisser faire tranquillement son travail durant la nuit. Une conception plus sophistiquée de l’éclairage public, des ri- deaux, des stores, des volets ou des feux rouges la nuit permettrait de réduire les per- turbations causées par les lumières noc- turnes. Les lampes à diode électroluminescente (LED) blanches sont généralement des LED bleues revêtues d’une couche de phosphore qui convertit la lumière bleue absorbée en une large bande spectrale. Le jaune, en se mélangeant au bleu, produit une lumière blanche. Un éclairage public à LED comporte ainsi le risque de perturber l’obscurité de la nuit. La dispersion de la lumière bleue dans l’atmosphère est en outre plus importante que les rayonnements de plus grandes lon- gueurs d’onde et il y a donc lieu de tenir éga- lement compte de la perturbation de la lu- mière dispersée. Selon l’IDA (International Dark-Sky Association), les LED à tempéra- ture de couleur basse (2600 K) con-viennent à l’éclairage public. 9 Cependant, même dans ce cas, la fraction de lumière efﬁ cace pour l’activation du rythme circadien est Antonin Fuksa, République tchèque Introduction Les rythmes temporels se rencontrent dans tous les environnements naturels. Le rythme circadien (du latin circa— autour, diem — jour) a été abordé maintes fois dans le magazine Svetlo (revue tchèque sur les technologies de l’éclairage) au cours des der- nières années. Le mot « circadien » a été in- troduit dans les années 1950 par Franz Hal- berg, l’un des inventeurs de la chronobiolo- gie, la science de l’organisation temporelle des êtres vivants. Parmi les chronobiolo- gistes tchèques, le Prof. Helena Illnerova et son équipe sont les plus renommées pour leurs recherches sur les variations de la sé- crétion de mélatonine chez le rat, qui dé- pendent des changements d’exposition à la lumière selon les quatre saisons, et sur la photosensibilité de l’horloge biologique ni- chée dans les noyaux suprachiasmatiques de l’hypotalamus.1, 2 Dans le système nerveux autonome des mammifères, l’horloge biologique centrale se situe dans les noyaux suprachiasma- tiques (NSC), au-dessous du carrefour des nerfs optiques. Elle régule les taux sanguins des hormones, la température corporelle, la veille et le sommeil, pour ne citer que quelques exemples. La mélatonine est l’hor- mone responsable de la régulation du som- meil et de la régénération de l’organisme, tandis que la cortisone est l’hormone liée à l’activité, au stress et à la mobilité. La Fig. 1, reproduite avec l’aimable autorisation de Philips Lighting, présente des exemples de courbes illustrant les taux observés.3 Les pro- ﬁ ls de ces courbes varient quelque peu de jour en jour. L’horloge biologique centrale est synchro- nisée par la lumière, mais l’apport alimen- taire est également un facteur important. Chez les êtres humains jeunes, cette horloge est réglée sur une période d’environ Source lumineuse Lumière du jour Corps noir Tube ﬂ uorescent Blanc chaud 827 Blanc froid 840 24 heures lorsqu’elle n’est pas rythmée par la lumière, et cet intervalle est à l’origine de l’expression « rythme circadien ». Chaque organe possède sa propre horloge, synchro- nisée avec l’horloge centrale des NSC. La lumière est le synchroniseur le plus puissant (ce que les Allemands appellent un zeitgeber, littéralement « donneur de temps »). Si la distribution spectrale de la lumière est ap- propriée, une dose de plusieurs lux pendant quelques minutes peut déjà entraîner une diminution du taux de mélatonine dans le sang. Effets de la lumière sur les organismes vivants Le Prof. Fritz Hollwich, auteur d’un ma- nuel d’ophtalmologie et inventeur de nom- breuses techniques ophtalmologiques, a mené une étude approfondie sur ces effets. Dans sa thèse de doctorat en 1948, il établit une distinction entre la fonction visuelle et énergétique (non visuelle) de l’appareil op- tique oculaire. Il a démontré que les taux sanguins de certaines hormones et autres marqueurs différaient entre ses patients at- teints de cécité à la suite de cataractes et les Spéciﬁ cation D65 2700 K 4000 K 5000 K 6500 K 8000 K 20 000 K 100 000 K 2700 K 4000 K Ac (-) 100 36 64 82 100 116 156 181 27 55 83 Blanc neutre (du jour) 950 5000 K Blanc froid (du jour) 965 6500 K 95 à 105 Bleu TL-D Blue Ampoule incandescente Ordinaire LED Halogène Blanc chaud Blanc froid (du jour) Bleu Vert Rouge 2800 K 2900 K 2850 K 6800 K 450 nm 520 nm 630 nm Lampes à décharge d’arc Sodium Sodium Haute pression Basse pression Halogénure de métal 942 4200 K Halogénure de métal 965 6500 K Tableau 1 : Exemples de valeurs AC 740 36 40 36 90 875 52 0,4 8 à 13 0,2 69 100

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