Physiologie du sommeil

Martine GavaretService de Neurophysiologie Clinique

Hôpital de la Timone, Marseille

Marc ReyService de Neurophysiologie Clinique

Hôpital de la Timone, Marseille

Le sommeil

Le sommeil occupe 1/3 de notre vie.

Définition comportementale:

Suspension des activités conscientes.

Définition électrophysiologique:

Ondes cérébrales spécifiques.

Le sommeil est présent chez tous les mammifères et, probablement, chez tous les 

vertébrés.

Une privation prolongée de sommeil entraine la mort chez l’animal.

Sommeil lent / Sommeil paradoxal.

L’enchainement des états de sommeil est régi par différents noyaux du tronc 

cérébral qui projettent largement sur le cerveau et la moelle épinière.

Certains des aspects majeurs du sommeil restent inexpliqués: A quoi sert le sommeil 

paradoxal? Est‐il important de rêver? Pourquoi le sommeil repose‐t’il?

Plan ‐

Physiologie du sommeil

Pourquoi dort‐on ?

Organisation d’une nuit de sommeil et comment l’enregistrer

Rythme circadien

Structures et mécanismes cellulaires veille et sommeil

Quelques pathologies du sommeil

Pourquoi dort‐on ?

La plupart des adultes ont besoin de 7 à 8h 

de sommeil.Les nourrissons ont besoin de 17h de 

sommeil ou plus.

Les adolescents: 9h en moyenne.

Pour les personnes âgées:

‐

le temps de sommeil nocturne diminue 

‐

les éveils nocturnes sont plus longs et plus 

fréquents

‐

les sujets se couchent plus tôt et se lèvent 

plus tôt.

Sommeil lent / Sommeil paradoxal

Sommeil lent:Il est difficile de réveiller le dormeurLe sommeil est le plus profondEEG: ondes lentesEMG: quelques mouvements du corpsEOG: mouvements lents des yeuxRespiration lente et régulière

Sommeil paradoxal:EEG: rapide, proche de celui de la veilleEMG: pas de mouvement du corps, quelques mouvements fins du visageEOG: mouvements rapides des yeuxRespiration irrégulièreRéveillé, le dormeur rapporte généralement un rêve, riche sur le plan visuel, précis,chargé

émotionnellement.

EEG: électroencéphalogrammeEMG: électromyogrammeEOG: électro‐oculogramme

Pourquoi dort‐on ?

Maturation du sommeil chez l’enfant:

Organisation peu à peu des nuits de sommeil.

Les nourrissons s’endorment de façon physiologique en sommeil paradoxal

(pathologique chez l’adulte, narcolepsie)

Le besoin de sommeil dépend de votre typologie 

Typologie selon la durée: 

court dormeur         (TST< 6h30, 10% des adultes)

long dormeur 

(TST > 9h, 15% des adultes).

Typologie selon l’heure du coucher: 

sujet du matin ou «couche tôt»

(avant 22h)

sujet du soir ou «couche tard»

(après minuit).

Cette typologie est en partie génétiquement

déterminée, en partie fonction de l’âge:

‐

les adolescents sont plus «du soir»

que les sujets du 3ème âge, 

‐

les enfants dorment plus que les adultes.

TST: Temps de sommeil total.

Les fonctions du sommeil

Retentissement du sommeil sur le corps:

‐

la privation aigue de sommeil modifie peu les performances physiques

‐

la privation chronique de sommeil prédispose à

l’obésité

Retentissement du sommeil sur le fonctionnement cérébral

‐

le manque de sommeil s’accompagne de troubles de la mémoire et de 

réduction des performances cognitives.

‐

la privation de sommeil prolongée entraine sautes d’humeur et hallucinations.

Le sommeil est indispensable pour bien retenir les apprentissages de la journée….

Les 3 états de vigilance chez les mammifères

La Veille: 

EEG rapide 

Interaction forte

Le Sommeil Lent: 

EEG lent 

Interaction faible

Le Sommeil Paradoxal: 

EEG rapide 

Interaction faible

La mesure du sommeil chez l’hommeElle repose sur l’analyse de différents signaux: 

1/ L’activité

électrique du cerveau (EEG: Electroencéphalogramme)

2/ L’activité

des muscles de la face, menton +/‐

jambes (EMG: Electromyogramme)

3/ L’activité

des globes oculaires (EOG: Electro‐oculogramme)

4/ Le rythme respiratoire, la SaO2

5/ L’ECG

Système 10‐10, American EEG society

Système 10‐20. Jasper, 1958.

Electroencéphalogramme (EEG)

Définition: Enregistrement des variations de 

potentiels électriques cérébraux depuis la 

surface du scalp.

‐ électrodes positionnées sur le scalp‐ une référence‐

montages monopolaire / bipolaire.

Différences de potentiels de quelques 

microvolts (V). 

EEG, 

256 électrodes.

EEG

Activités électriques cérébrales spontanées

Classification Fréquence Niveau de vigilance

Rythme  < 3 Hz sommeil profond stades 3 et 4

Rythme  4‐7 Hz somnolence, sommeil stades 1 et 2

Rythme  8‐12 Hz éveillé, calme, yeux fermés

Rythme  13‐30 Hz vigilant, yeux ouverts

Rythme  30‐120 Hz

1 sec

Activité

de fond postérieure de type alpha, réagissante à

l’ouverture/fermeture des yeux

FY

EEG

Activités électriques cérébrales spontanées en fonction de l’âge

Tracé

EEG d’un nouveau‐néprématuré

âgé

de 28 SA.bouffée d’activité

électrique sur un 

tracé

très discontinu.

1 sec

Tracé

EEG d’un enfant 

de 18 mois.Tracé

EEG d’un adulte.

EEG

Activités électriques cérébrales spontanées en fonction de la vigilance

Critères de Rechtschaffen et Kales, 1968:

Veille calme: rythme

postérieur réagissant à l’ouverture des yeux

Sommeil lent stade 1:morcellement de l’, +/- pointes vertex

Sommeil lent stade 2:fuseaux de sommeil, K complexesondes

diffuses

Sommeil lent stades 3 & 4:activité

diffuse

Sommeil paradoxal:activité électrique cérébrale de bas voltageMouvements des yeux / irrégularité respiratoire

Hypnogramme Organisation d’une nuit de sommeil

Fuseaux de sommeil

Sommeil lent stade 2: apparition des fuseaux de sommeil  (spindles) 

INa Ik ICa

D’après Stériade, 1988 & 2006

RE: noyau reticulaire thalamiqueTC: thalamo-corticalCx: cellules pyramidales du cortex

Générateurs des fuseaux de sommeil: les noyaux réticulaires thalamiques

Le besoin de sommeil

Le besoin de dormir

dépend de l’heure de la journée et de la durée de la veille préalable. 

Le rythme circadien

Le sommeil de l’homme revient 

avec une périodicité

circadienne.

Pour synchroniser les processus 

physiologiques avec 

l’alternance obscurité‐lumière, 

l’horloge biologique doit 

détecter l’intensité

lumineuse.

Photorécepteurs rétiniens.

Faisceau rétino‐hypothalamique

Noyau supra‐chiasmatique (NSC) de l’hypothalamus antérieur.

Noyau para‐ventriculaire  (NPV) de l’hypothalamus

Projection sur la moelle

Projection sur la glande pinéale (épiphyse) qui synthétise la mélatonine (hormone 

favorisant le sommeil). 

Le cycle circadien veille‐sommeil

Glande pinéale ou épiphyse.

Chez les personnes âgées, l’épiphyse produit moins de mélatonine, ce qui explique 

peut‐être pourquoi elles dorment moins et ont davantage d’insomnies.

Le noyau supra‐chiasmatique (NSC) de l’hypothalamus est considéré

comme l’horloge 

maîtresse et gouverne différentes fonctions synchronisées avec le rythme veille‐

sommeil:

La température corporelle

La sécrétion d’hormones 

(cortisol, hormone de 

croissance ou GH)

La pression artérielle

La diurèse

Le sommeil lent

Le cortex est désactivé. Il existe une modification des relations thalamo-corticales responsables de l’apparition des fuseaux et des ondes lentes.

Le sommeil paradoxal

‐

Augmentation de la pression artérielle

‐

Augmentation de la fréquence cardiaque

‐

Mouvements oculaires rapides

‐

Constriction des pupilles

‐

EEG: rapide, proche de la veille

‐

Paralysie des muscles massifs

‐

Tressaillements de petits muscles (doigts, visage..)

‐

Erection du pénis

‐

Rêves, hallucinations visuelles, émotions

Le sommeil paradoxal

La paralysie du sommeil paradoxal est due à

l‘augmentation d’activité

de 

neurones GABAergiques de la formation réticulaire pontique qui projettent sur 

des neurones inhibiteurs se projetant sur les motoneurones spinaux.

Les sujets réveillés pendant le sommeil paradoxal rapportent des rêves détaillés,nets, imagés et chargés d’émotion.

Les sujets réveillés en sommeil lent donnent beaucoup moins souvent des récits derêves et lorsqu’il y en a, ils sont flous, moins réalistes et avec peu de contenuémotionnel.

Sommeil et rêves

Les structures

Noyaux du tronc 

cérébralNeurotransmetteurs VEILLE SOMMEIL 

LENTSOMMEIL 

PARADOXAL

Noyaux 

cholinergiques de 

la jonction ponto‐

mésencéphalique

Acétylcholine Actifs Inactifs Actifs

Locus coeruleus Noradrénaline Actifs Inactifs Actifs

Noyaux du raphé Sérotonine Actifs Inactifs Inactifs

Noyaux 

tubéromamillairesOrexine 

(hypocrétine)Actifs ‐‐‐ ‐‐‐

Quelques pathologies du sommeil

Insomnies: Incapacité

de dormir assez longtemps pour se sentir reposé. Plus 

fréquent chez les personnes âgées. Pathologie fréquente +++ consommation de 

benzodiazépines en France….

Apnées du sommeil: arrêts de la respiration au cours du sommeil, affaissement des 

voies respiratoires favorisés par le surpoids, peu de sommeil lent profond, 

hypersomnolence diurne. Pathologie fréquente +++

Paralysies du sommeil: réveil mais persistance de la paralysie musculaire du sommeil 

paradoxal. Bénin mais angoissant.

Parasomnies: somnambulisme, terreurs nocturnes…

surtout chez l’enfant.

Narcolepsie: pathologie rare. Accès de sommeil paradoxal, hypersomnolence 

diurne. Passage brutal de la veille au sommeil paradoxal. Attaques de cataplexie.

Sd des jambes sans repos: mouvements périodiques des jambes dans la journée et 

la nuit, responsables d’un sommeil haché.

Conclusion Physiologie du sommeil

La succession du sommeil lent et du sommeil paradoxal est régie par l’activité

de structures du tronc cérébral:

‐

Noyaux de la jonction ponto‐mésencéphalique‐

Locus coeruléus‐

Noyaux du raphé‐

Noyau tubéro‐mamillaire

Sous l’influence de l’horloge circadienne du noyau supra‐chiasmatique et du noyau 

POVL (pré‐optique ventrolatéral) de l’hypothalamus.

Tous les animaux possèdent un cycle réparateur de repos faisant suite à

l’activitémais ce n’est que chez les mammifères que cette période de repos est divisée en 

phases distinctes de sommeil lent et de sommeil paradoxal.On ignore pourquoi les mammifères ont besoin d’une phase de récupérationcomportant suspension des activités conscientes, réduction du métabolisme, abaissement de la température corporelle.

Toulouse Lautrec