Contributions potentielles du rythme circadien et circannuel à l’épidémie d’obésité chez les enfants d’âge scolaire

Des études examinant les tendances saisonnières de la prise de poids chez les enfants ont révélé qu’aux États-Unis et au Japon, l’année scolaire favorise l’amélioration de la situation pondérale (c’est-à-dire une diminution de l’indice de masse corporelle (IMC), alors que les enfants augmentent leur IMC pendant les vacances d’été de l’école. Nos données recueillies sur 5 années d’école primaire ont révélé que tous les enfants présentant un gain de poids accéléré pendant les vacances d’été ne développent pas de surpoids ou d’obésité; cependant, environ 18% des enfants commencent à passer d’un poids santé à un statut de surpoids ou d’obésité pendant l’école primaire, la plupart des augmentations se produisant pendant l’été. Neuf pour cent ont montré des signes de cette transition pendant les vacances d’été après la maternelle, tandis qu’un autre 9% a commencé pendant les vacances d’été après la 2e année, créant une fenêtre claire pour les efforts de prévention au début de l’école primaire. Le gain de poids saisonnier, entraîné par des changements circannuels de l’environnement (c’est-à-dire des changements dans la durée et le moment de la lumière du jour et de la température au cours d’une année) est courant dans le règne animal où il confère un avantage évolutif, via la préparation pour l’hiver ou la reproduction. Que le gain de poids saisonnier procure ou non un avantage aux humains pré-industrialisés, il confère actuellement un désavantage évolutif en contribuant à l’augmentation des taux de surpoids et d’obésité.

Les approches traditionnelles pour expliquer les fluctuations saisonnières de la prise de poids ont mis l’accent sur les différences dans les habitudes alimentaires et d’activité physique pendant les périodes scolaires et extrascolaires (c.-à-d. les jours d’école et les week-ends ou les vacances scolaires). L’hypothèse des jours structurés explique le gain de poids accéléré en été en utilisant la théorie économique comportementale pour comprendre comment les enfants prennent des décisions concernant leurs allocations d’utilisation du temps en ce qui concerne les comportements liés à l’équilibre énergétique les jours structurés (c’est-à-dire les jours d’école) par rapport aux jours non structurés (c’est-à-dire les jours d’école)., jours libres lorsque les enfants ne sont pas à l’école, comme le week-end ou les vacances scolaires). Cette hypothèse propose que la structure fournie par l’année scolaire favorise un poids santé par des possibilités d’activité physique obligatoires, un accès réglementé à une alimentation saine et équilibrée, un temps limité pour les activités sédentaires en dehors de l’école et des heures de coucher et de réveil cohérentes et précoces. En l’absence de structures similaires pendant les vacances d’été, les enfants ont une plus grande autonomie sur les décisions liées aux comportements d’équilibre énergétique, ce qui peut inclure le fait d’opter pour une activité physique sédentaire plutôt qu’une activité physique plus intensive, des aliments plus caloriques et moins denses sur le plan nutritionnel, et des heures de coucher et de réveil plus tardives. Implicite dans cette théorie est que les enfants sont essentiellement hédonistes et lorsqu’ils en ont l’occasion, ils optent pour des options moins saines. En conséquence, les interventions typiques de prévention de l’obésité se sont concentrées sur l’aide aux enfants à faire de meilleurs choix dans le respect des contraintes environnementales / sociales. Un accent presque exclusif sur le contrôle volontaire, basé sur un modèle simple d’équilibre énergétique de l’obésité, n’a pas permis de faire progresser la compréhension des causes biologiques et circannuelles potentielles de la prise de poids. Cet article explore le rôle des causes chronobiologiques du gain de poids saisonnier chez les enfants et identifie des stratégies comportementales potentielles pour atténuer ces influences. Ce faisant, nous adoptons une perspective plus large des systèmes biologiques humains, examinant l’interdépendance des comportements, des exigences sociales (i.e., le calendrier social résultant de demandes telles que les horaires scolaires ou de travail, les activités sociales, l’implication communautaire, les obligations et routines familiales, les pratiques parentales, etc.), les horloges circadiennes et circannuelles et le métabolisme pour examiner les mécanismes potentiels par lesquels le désalignement de ces schémas quotidiens et annuels peut contribuer à l’obésité chez les enfants. Les progrès des sciences biologiques doivent informer les sciences du comportement, de sorte que des progrès complémentaires parallèles puissent être réalisés.

La chronobiologie fait référence à l’étude des rythmes biologiques qui se produisent de manière cyclique ou périodique, fournissant une organisation temporelle aux processus physiologiques (par exemple, le métabolisme) avec des sorties comportementales du système circadien (par exemple, sommeil / réveil, manger / jeûner). Les rythmes circadiens (c’est-à-dire les cycles quotidiens de rythmes internes) se produisent en cycles d’environ 24,2 h, en moyenne, et sont entraînés ou synchronisés principalement par l’exposition au cycle lumière-obscurité de 24 h de la terre. Parce que notre cycle circadien est légèrement plus long que 24 h, une entrée cohérente du cycle lumière-obscurité est nécessaire pour maintenir une journée de 24 h. Les horloges corporelles sont situées dans les cellules, les tissus et les organes du corps et sont organisées de manière hiérarchique. Au sommet de la hiérarchie se trouve l’horloge centrale connue sous le nom de noyau suprachiasmatique (SCN). Le SCN est principalement entraîné par les entrées du cycle lumière-obscurité. Semblable à un chef d’orchestre, le SCN utilise les entrées du cycle lumière-obscurité pour déterminer l’heure de la journée et imposer un ordre temporel au fonctionnement physiologique du corps en envoyant des signaux de mesure du temps aux instruments du corps ou aux horloges périphériques situées dans tout le système nerveux central et le corps, tels que le foie, le pancréas, les muscles et le tissu adipeux (c’est-à-dire la graisse). Les horloges périphériques du corps contrôlent les processus physiologiques (par exemple, le métabolisme, la température corporelle, la sécrétion d’hormones et les réponses immunitaires). Le sommeil, l’activité physique et les habitudes alimentaires sont des sorties comportementales de l’horloge circadienne. Le moment de la prise alimentaire entraîne ou synchronise les horloges périphériques du corps et, par conséquent, des changements dans les habitudes alimentaires (par exemple, manger tard le soir) peuvent entraîner un désalignement des horloges centrales et périphériques. Le fonctionnement optimal dépend d’un alignement correct entre le cycle lumière-obscurité, l’horloge circadienne centrale (c.-à-d., SCN), les horloges périphériques et les sorties comportementales (par exemple, sommeil, alimentation, activité). Le décalage horaire social est un exemple de désalignement circadien chronique qui se produit lorsque les exigences sociales (par exemple, le travail ou l’école) obligent les individus à vivre selon un horaire qui n’est pas optimal pour leurs rythmes internes, ce qui rend difficile l’endormissement et le réveil aux heures socialement prescrites pour l’école ou le travail. Il en résulte un besoin de sommeil non satisfait et une dette de sommeil accumulée les jours d’école ou de travail (c’est-à-dire le décalage horaire social). Les jours où les obligations sont moins nombreuses (par exemple, les jours de fin de semaine), les personnes compensent en se réveillant plus tard, ce qui peut introduire une plus grande variabilité dans le moment des repas, du sommeil et des habitudes d’activité. Le désalignement qui en résulte entre les horloges centrale et périphérique du corps entraîne des résultats négatifs pour la santé, tels que l’obésité, le diabète de type 2, les maladies cardiovasculaires et le cancer.

Il existe de plus en plus de preuves que le désalignement circadien est impliqué dans la prise de poids et le développement de l’obésité. Des expériences sur des animaux ont démontré qu’une alimentation inadéquate (par exemple, manger pendant la nuit biologique), une alimentation riche en graisses, le décalage horaire et le travail posté perturbent l’alignement circadien et entraînent une prise de poids. Chez les humains, les preuves concernant l’association entre le désalignement circadien et l’obésité proviennent principalement d’études observationnelles. Par exemple, le travail posté est associé à un risque accru d’obésité, de diabète de type 2, de syndrome métabolique et de maladie cardiovasculaire chez les adultes, en particulier les travailleurs postés de longue durée. Le décalage horaire social a également été associé à l’obésité chez les adultes, les adolescents et les enfants. Le syndrome de l’alimentation nocturne, un trouble de l’alimentation qui implique de manger 25% ou plus de ses calories quotidiennes après le repas du soir, était associé à un risque accru d’obésité et à des changements dans le moment et l’amplitude des hormones métaboliques telles que le glucose, l’insuline, la ghréline et la leptine chez les adultes. Enfin, une association entre le moment des repas tardifs et la prise de poids ou l’obésité a été observée dans des études observationnelles chez les adultes et les enfants. En outre, il a été démontré que le moment des repas tardifs affectait les résultats de perte de poids dans les interventions de traitement de l’obésité.

Base théorique du modèle de rythme circadien et circannuel du gain de poids accéléré en été

Roenneberg a développé un modèle complet concernant le rôle du désalignement circadien dans le développement de l’obésité et d’autres problèmes de santé dans lesquels il illustre l’interdépendance de l’horloge circadienne, du comportement et de la santé. Ces facteurs intra-individuels au sein de l’individu sont influencés par deux éléments de l’environnement: 1) les signaux exogènes qui synchronisent la rythmicité circadienne (par exemple, l’exposition au cycle lumière-obscurité) et 2) les exigences sociales (par exemple., temps d’école ou de travail, activités sociales, implication communautaire, obligations et routines familiales, pratiques parentales, etc.). La contribution majeure de notre modèle au modèle de Roenneberg est la proposition selon laquelle l’horloge circannuelle, synchronisée par les changements saisonniers des indices environnementaux (par exemple, le cycle lumière-obscurité), joue également un rôle important dans les résultats pour la santé (par exemple, le développement de l’obésité; Fig. 1). Nous proposons que les enfants présentent un modèle saisonnier sain de gain de poids et de croissance de la taille qui est contrôlé par une horloge circannuelle. De plus, nous proposons que l’environnement des vacances d’été soit propice à un désalignement circadien basé sur des changements dans les exigences sociales entraînant une augmentation de la variabilité des habitudes de sommeil, d’alimentation et d’activité physique et facilitant une prise de poids estivale accélérée. Alors que les horaires des vacances scolaires varient en termes de calendrier et de durée dans le monde, de nombreux pays ont adopté un calendrier scolaire agraire offrant aux enfants des vacances d’été d’environ 6 à 12 semaines, généralement de juin à août dans l’hémisphère nord et de décembre à février dans l’hémisphère sud. Nous émettons l’hypothèse que la co-occurrence du moment des vacances scolaires (i.e., propice au désalignement circadien) pendant la saison au cours de laquelle les enfants sont préparés pour la prise de poids peut perturber les modèles de croissance circannuelle des enfants, contribuant à une prise de poids accélérée et au développement de l’obésité. Pour étayer notre théorie, nous examinerons la littérature concernant la saisonnalité chez les humains, la croissance saisonnière chez les enfants et les mécanismes biologiques par lesquels l’horloge circannuelle et l’horloge circadienne peuvent affecter le moment et la vitesse du gain de poids des enfants.

Modèle pour les contributions circadiennes et circannuelles au gain de poids des enfants. Figure 1 Note de bas de page. Nous proposons que l’individu soit imbriqué dans son environnement qui comprend les influences des exigences sociales (par exemple, le calendrier social résultant de demandes telles que les horaires d’école ou de travail, les activités sociales, les obligations et les routines familiales, les pratiques parentales, l’implication communautaire, le fuseau horaire, etc.), l’éclairage moderne et l’environnement climatisé, ainsi que l’effet de l’environnement naturel de la terre. Au sein de l’individu, il existe une interdépendance des horloges circadiennes, du comportement et de la santé. La contribution majeure de ce modèle est que l’horloge circannuelle interagit avec les horloges circadiennes pour promouvoir une santé optimale et que la perturbation des influences circannuelles des enfants peut avoir des conséquences sur la santé. Nous proposons des interactions au sein de l’individu et à travers les niveaux de ce modèle. Par exemple, les exigences sociales influencent le comportement d’un individu qui affecte l’alignement des horloges soit par l’entraînement direct des horloges périphériques (i.e., le moment et la consistance des repas) ou en affectant l’exposition au cycle lumière-obscurité via le moment et la consistance du sommeil, l’activité physique et l’exposition à la lumière artificielle la nuit. Il est également proposé que les perturbations circadiennes causées par les vacances scolaires puissent contribuer à perturber les rythmes de croissance circannuels, entraînant une prise de poids estivale accélérée et contribuant au développement du surpoids et de l’obésité à l’école primaire. Ce modèle a été adapté de Roenneberg T, Merrow M. L’Horloge circadienne et la Santé humaine. Curr Biol. 2016;26(10):R432–443

L’horloge circannuelle

Semblable aux rythmes circadiens quotidiens, les rythmes annuels sont contrôlés en partie par l’exposition au cycle lumière-obscurité de la terre résultant de l’inclinaison de 23,5 ° de la terre sur son axe, de sa rotation quotidienne et de l’orbite annuelle autour du soleil, ainsi que des conditions météorologiques climatiques. Les effets de cette inclinaison sont plus clairement visibles aux pôles extrêmes. Autour du solstice d’été (c.-à-d. le 21 juin), les personnes vivant au-dessus de 66,5 ° N dans l’Arctique bénéficient de 24 h de soleil tandis que les régions situées au-dessous de 66,5 ° S connaissent 24 h d’obscurité (c.-à-d., leur hiver). Aux latitudes plus proches de l’équateur, il y a moins de différence de longueur de jour tout au long de l’année. L’inclinaison affecte non seulement la durée du jour, mais aussi la capacité du soleil à réchauffer la terre. L’effet de réchauffement du soleil est accru dans les zones du globe recevant un rayonnement solaire plus direct à un moment donné de l’année, ce qui coïncide également avec une longueur de jour plus longue permettant un réchauffement plus long et une période de refroidissement plus courte pendant la nuit. La quantité de lumière du jour reçue par une zone donnée peut également être déterminée par les conditions climatiques telles que les saisons pluvieuses et sèches.

Dans des conditions d’éclairage naturel (c’est-à-dire sans éclairage artificiel), les adultes présentent un rythme veille-sommeil de 24 heures qui réagit aux changements saisonniers du cycle lumière-obscurité. Le SCN (c’est-à-dire l’horloge centrale) démontre une plasticité pour coder ces changements saisonniers de la longueur de la lumière du jour, créant une représentation interne de la longueur du jour. Les informations sur la durée du jour sont signalées à la glande pinéale (c.-à-d. la zone du cerveau qui libère de la mélatonine). La durée de la libération de mélatonine, marquant la nuit biologique, varie selon les saisons en réponse aux changements de la durée de la période sombre de la terre. Un modèle bi-oscillateur de régulation circadienne suggère que l’adaptation saisonnière au cycle lumière-obscurité est facilitée par deux oscillateurs, l’un entraîné (c’est-à-dire synchronisé avec un signal environnemental tel que la lumière) via le crépuscule, contrôlant l’apparition de la mélatonine et l’autre entraîné via l’aube contrôlant le décalage de la mélatonine. La présence de deux oscillateurs peut expliquer des différences individuelles en réponse aux changements saisonniers de la durée du jour. Dans des conditions d’éclairage naturel où la période d’obscurité est beaucoup plus longue en hiver qu’en été, les adultes présentent une libération de mélatonine plus longue en hiver qu’en été. Cependant, lorsqu’ils sont exposés à des conditions d’éclairage modernes où les périodes sombres varient moins selon les saisons, les adultes ont démontré un manque de saisonnalité dans leurs rythmes de mélatonine, ce qui représente peut-être une forme de perturbation circannuelle qui peut avoir des conséquences importantes sur la santé. À notre connaissance, aucune étude n’a examiné l’entraînement circadien dans des conditions d’éclairage naturel et moderne chez les enfants. Par conséquent, il n’est pas clair si les enfants manquent de saisonnalité comme le font les adultes; cependant, nous émettons l’hypothèse que la transition de l’environnement scolaire aux vacances d’été peut être associée à des changements d’exposition au cycle lumière-obscurité qui peuvent signaler un changement saisonnier au cerveau.

Bien qu’il ne soit pas clair si les enfants présentent des changements saisonniers dans la mélatonine, il existe des preuves de saisonnalité dans leur croissance (c.-à-d. leur taille) et leur gain de poids, suggérant un rythme endogène de croissance et de gain de poids chez les enfants. Peu d’études récentes ont examiné les changements mensuels de la croissance chez les enfants; cependant, plusieurs études de la fin des années 1800 au milieu des années 1900 suggèrent que les enfants avaient tendance à prendre de la taille au printemps et au début de l’été et à prendre du poids à la fin de l’été et à l’automne. Une étude sur des enfants aveugles et voyants vivant dans le sud de l’Angleterre a révélé que les enfants voyants présentaient des gains de taille maximaux entre janvier et juin, tandis que les périodes de croissance maximale chez les enfants aveugles étaient réparties uniformément tout au long de l’année. Cela fournit des preuves convaincantes que la variation saisonnière du cycle lumière-obscurité peut prédire la croissance chez les enfants grâce au codage visuel de la durée du jour via le SCN (c.-à-d., horloge centrale). D’autres études ont confirmé que les périodes de l’année pendant lesquelles l’exposition à la lumière est plus abondante coïncident avec des augmentations de taille chez les enfants voyants. Bien que l’effet du cycle lumière-obscurité sur la prise de poids n’ait pas été testé expérimentalement, les études d’observation mesurant le poids sur une base régulière (c.-à-d. plus fréquemment que bi annuellement) suggèrent que les augmentations maximales de poids ont tendance à se produire à la fin de l’été et à l’automne lorsque les jours sont longs, mais raccourcissent. D’autres études portant sur les tendances saisonnières de croissance chez les enfants scolarisés et ceux qui ne fréquentent pas l’école ont observé des tendances similaires, quel que soit leur statut scolaire. Dans l’ensemble, ces études confirment le rôle potentiel de l’horloge circannuelle entraînée par la variation saisonnière de la lumière et de l’obscurité dans les modèles de croissance des enfants.

Gain de poids accéléré en été

Des études plus récentes examinant le moment de l’augmentation de l’indice de masse corporelle des enfants (c.-à-d. l’IMC, un rapport entre la taille et le poids) ont également observé un gain de poids accéléré pendant l’été et au début de l’automne; cependant, il a été démontré que ce gain de poids accéléré contribue à l’augmentation des taux d’obésité à l’école primaire. Bien que nous ayons conclu de notre propre étude longitudinale de 5 ans que l’environnement d’été obésogène hors de l’école était à blâmer pour ces résultats, notre conception de l’étude ne nous a pas permis d’exclure l’influence des effets circannuels sur les modèles de croissance des enfants. L’augmentation de la taille au printemps / début de l’été et l’augmentation du poids à la fin de l’été et au début de l’automne suggèrent le maintien de l’IMC, à moins que le gain de taille ne soit retardé ou que le gain de poids ne soit accéléré. Les récentes découvertes constantes d’augmentations de l’IMC pendant l’été contribuant à l’augmentation des taux d’obésité suggèrent la contribution potentielle de perturbations aux modèles de croissance circannuels normaux. Des études supplémentaires sont nécessaires pour tester ces hypothèses afin de clarifier l’interaction potentielle entre les effets des rythmes circannuels, du désalignement circadien et des comportements liés à l’équilibre énergétique traditionnel sur l’état de poids des enfants.

La biologie sous-jacente à l’association entre l’horloge circannuelle et le gain de poids saisonnier

La dépense énergétique diminue pendant le sommeil et, par conséquent, il peut sembler contre-intuitif qu’un raccourcissement du sommeil ou de la nuit biologique entraînerait un gain de poids. Cependant, chez l’homme, la nuit biologique est caractérisée par des niveaux élevés de mélatonine qui joue un rôle dans le moment de l’oxydation des lipides (c’est-à-dire l’utilisation de l’énergie stockée dans le tissu adipeux) et la thermogenèse des graisses brunes (c’est-à-dire la conversion des acides gras et du glucose en chaleur). La journée biologique chez l’homme est caractérisée par l’absence de mélatonine, contribuant aux processus impliqués dans le métabolisme des glucides conduisant à la lipogenèse (c’est-à-dire à la création de lipides) et au stockage de l’énergie sous forme de graisse dans la cellule adipeuse. Le yin et le yang du jour et de la nuit biologiques favorisent l’équilibre énergétique. La mélatonine synchronise la fonction métabolique des adipocytes pour une lipolyse élevée (c’est-à-dire une dégradation des graisses ou des lipides) pendant la phase de la mélatonine et une lipogenèse élevée (c’est-à-dire la création de lipides) pendant l’absence de mélatonine. La mélatonine synchronise également l’activation du tissu adipeux blanc. Chez les hamsters sibériens qui ne prennent pas de poids en hiver, de courtes journées hivernales ont entraîné une libération nocturne plus longue de mélatonine, avec une plus grande stimulation des récepteurs de la mélatonine dans le cerveau antérieur, activant ainsi le tissu adipeux blanc, entraînant une lipolyse et une diminution de l’adiposité saisonnière. Contrairement aux humains, les hamsters sont des animaux nocturnes et la libération de mélatonine est donc associée à leur jour biologique où l’animal est actif et se nourrit. Brunissement induit par la mélatonine du tissu adipeux blanc (p. ex., conversion du tissu adipeux blanc en tissu adipeux beige ou brun plus métaboliquement actif) augmente la dépense énergétique en convertissant les acides gras et le glucose en chaleur, augmentant ainsi leur activité thermogénique, entraînant une perte de poids. Une plus grande activation du tissu adipeux blanc due à des rythmes de mélatonine plus longs résultant de nuits plus longues en hiver peut expliquer pourquoi les enfants ont tendance à ne pas prendre de poids en hiver et à prendre plus rapidement du poids pendant les jours plus longs de l’été.

Désalignement circadien et prise de poids

Bien que le mécanisme exact par lequel la chronodisorption entraîne une prise de poids soit inconnu, la chronodisorption causée par le travail posté ou le décalage horaire social entraîne une réduction de la production de mélatonine. Compte tenu du rôle de la mélatonine dans l’équilibre énergétique, un désalignement circadien peut avoir des conséquences métaboliques importantes en raison de la désynchronisation des processus impliqués dans l’équilibre énergétique optimal. Chez les humains, même un désalignement à court terme des rythmes circadiens avec les comportements sommeil / réveil et alimentation rapide a entraîné une augmentation postprandiale (c.-à-d., après avoir mangé) du glucose et de l’insuline, une diminution de la leptine et une inversion du rythme du cortisol de sorte que le cortisol était élevé au début du sommeil plutôt qu’au réveil, suggérant que même un désalignement à court terme peut provoquer une perturbation des rythmes liés à l’équilibre énergétique.

En plus du sommeil, les changements estivaux dans les habitudes alimentaires et l’activité physique peuvent également entraîner un désalignement circadien associé à une adiposité accrue, médiée par le décalage des rythmes comportementaux avec des rythmes endogènes. Le désalignement du comportement avec les rythmes endogènes a été associé à des changements dans le métabolisme et le développement de l’obésité. Il a été démontré que l’activité physique fait avancer l’horloge circadienne, peut-être parce que l’exercice augmente l’amplitude des rythmes circadiens et homéostatiques diurnes, tels que la température corporelle centrale, l’excitation et la propension au sommeil, ce qui entraîne une accumulation plus rapide de la pression du sommeil (c’est-à-dire la poussée du corps à dormir qui s’accumule à mesure que le temps d’éveil augmente), ce qui entraîne des temps de sommeil plus précoces. Ainsi, une augmentation de l’activité physique pourrait favoriser des heures de coucher plus précoces chez les enfants. L’activité physique peut également affecter l’horloge centrale en maximisant l’exposition à la lumière extérieure, car le temps extérieur est associé à une activité physique accrue, ce qui facilite la synchronisation des horloges internes avec l’environnement externe. De plus, il existe de plus en plus de preuves que les aliments synchronisent les horloges périphériques telles que celles du foie, du pancréas et de l’intestin. Parce que les humains présentent un rythme quotidien d’utilisation du glucose avec une utilisation plus efficace du glucose le matin en raison d’une meilleure sensibilité à l’insuline, suivie d’une utilisation plus faible du glucose et d’une insensibilité à l’insuline le soir, manger plus tard dans la journée entraîne une exposition aiguë à des taux de glucose sanguin postprandiaux plus élevés, avec des effets négatifs persistants jusqu’au lendemain matin. De plus, une durée de sommeil raccourcie est associée à un changement des rythmes de mélatonine, entraînant des niveaux élevés de mélatonine le matin au réveil et en mangeant le repas du matin pendant la nuit biologique, ce qui reflète un désalignement des horloges centrales et périphériques. Une dérégulation à long terme des niveaux de glucose peut entraîner des altérations de l’apport calorique et du stockage qui ont également été attribuées à une durée de sommeil raccourcie, suggérant que le mauvais moment de l’alimentation et des habitudes de sommeil / réveil avec des rythmes endogènes peut augmenter le risque de diabète de type 2 et éventuellement d’obésité.

Résumé du modèle conceptuel proposé

Considérant tous ces résultats ensemble, nous présentons le modèle conceptuel illustré à la Fig. 1. Nous proposons que tous les enfants présentent une rythmicité saisonnière dans leurs modèles de croissance en taille et en poids qui sont synchronisés par l’exposition au cycle saisonnier lumière-obscurité de la terre. Une plus longue durée de sécrétion de mélatonine pendant les nuits d’hiver peut être associée à un gain de poids plus lent pendant l’hiver, tandis que le gain de poids accéléré des enfants pendant l’été peut être dû à une plus courte durée de sécrétion de mélatonine (p. ex., en raison de nuits d’été plus courtes). Nous proposons que des changements plus importants dans les exigences sociales des enfants pendant les vacances d’été peuvent entraîner des heures de coucher plus tardives et plus variables, une plus grande exposition à l’éclairage artificiel la nuit, des heures de repas plus tardives et plus variables et une réduction de l’activité physique. La variabilité de ces rythmes quotidiens qui se croisent peut contribuer à émousser la rythmicité circadienne, ce qui peut réduire davantage la quantité de mélatonine à laquelle les enfants sont exposés pendant l’été (p. ex. perturbation du rythme circannuel), contribuant ainsi à une prise de poids accélérée d’une manière qui favorise le développement du surpoids ou de l’obésité pendant les vacances d’été.

Domaines de recherche futurs

Bien qu’il soit prouvé que la croissance des enfants présente un schéma saisonnier (entraîné par l’exposition au cycle clair-obscur), l’importance de l’horloge circannuelle pour la croissance des enfants et plus largement, la santé humaine, est relativement inconnue. Des recherches sont nécessaires pour déterminer les indices environnementaux qui synchronisent les rythmes circannuels chez les adultes et les enfants (p. ex., allongement ou raccourcissement de la durée du jour, changement du moment du lever ou du coucher du soleil, changements d’intensité lumineuse et de température) et comment les rythmes circannuels varient selon les climats et les emplacements géographiques. L’étude des rythmes annuels chez l’homme est difficile en raison de l’incapacité d’exposer les humains à des horaires de lumière contrôlés expérimentalement pendant une année entière. Cependant, il peut être possible de manipuler les indices environnementaux afin de déterminer les synchroniseurs saillants des rythmes annuels à différents stades de développement. Par exemple, une étude a établi que la luminothérapie pendant l’hiver entraînait une augmentation de la taille chez les adolescents mâles au cours de la même période, une saison pendant laquelle le gain de hauteur ne se produit généralement pas. Des études similaires pourraient être menées pour examiner la prise de poids. Nous prévoyons que la thérapie par caisson lumineux entraînerait un changement du rythme de croissance circannuel marqué par un moment plus précoce de l’augmentation de la vitesse de hauteur suivi de l’apparition plus précoce de l’augmentation de la vitesse de pesée. De plus, une grande partie de ce que l’on sait de la saisonnalité humaine et de l’entraînement à l’éclairage moderne naturel et artificiel provient d’études menées auprès d’adultes. Les enfants semblent être plus sensibles à l’exposition à la lumière en raison de lentilles oculaires plus transparentes et de pupilles plus grandes. Par conséquent, des études sont nécessaires pour comprendre comment les systèmes circadiens des enfants, et en particulier les rythmes de la mélatonine réagissent dans des conditions d’éclairage naturel (c.-à-d. en camping) et dans des conditions d’éclairage modernes selon les saisons, les emplacements géographiques et dans les environnements scolaires et de vacances d’été. Parce que les enfants sont plus sensibles aux effets de la lumière, ils peuvent être en mesure de maintenir un rythme circannuel même lorsque les adultes ne le font pas. De plus, la nature de l’environnement scolaire et des vacances scolaires peut être suffisamment différente de celle de l’employé de bureau adulte typique pour que cela puisse affecter leurs rythmes circannuels de manière inconnue. Bien qu’il ne soit pas clair comment l’environnement d’éclairage moderne affecte la croissance des enfants, des études récentes suggèrent que l’environnement actuel est propice à une prise de poids estivale accélérée, contribuant à son tour à des taux élevés d’obésité infantile.

Pour examiner la mesure dans laquelle les augmentations accélérées de l’IMC pendant l’été sont liées aux influences circadiennes et / ou circannuelles, des études expérimentales en laboratoire seraient idéales. Cependant, de nombreuses considérations pratiques et éthiques peuvent limiter leur faisabilité chez les enfants. Ainsi, des modèles animaux peuvent être utilisés pour tester des aspects de notre hypothèse tels que l’influence du désalignement circadien sur le gain de poids saisonnier. Des études observationnelles mesurant le sommeil, l’activité physique, les habitudes alimentaires, l’exposition à la lumière et la croissance des enfants sur une base mensuelle et selon les lieux géographiques et les cultures pourraient explorer les associations entre ces facteurs. Des études observationnelles seraient déterminantes pour déterminer si les rythmes circannuels de la croissance des enfants diffèrent selon le sexe, l’origine ethnique, l’âge et le statut pubertaire. De telles recherches peuvent mener à des découvertes importantes concernant l’étiologie d’une croissance saine et de l’obésité chez les enfants, ainsi qu’à des outils d’intervention plus efficaces.

En effet, la prise de poids estivale n’a pas été observée chez tous les enfants et les facteurs individuels critiques restent mal compris. Il est possible que les effets de la durée de la mélatonine sur la croissance soient médiés uniquement par les horloges circadiennes; cependant, cela n’a pas encore été examiné. Enfin, notre théorie de la prise de poids estivale n’a pas pour but de remplacer le rôle central de l’alimentation et de l’activité physique, mais propose des éléments supplémentaires pour comprendre les changements de poids qui ne sont pas expliqués uniquement par des augmentations ou des diminutions volontaires de l’alimentation et de l’activité physique.

Implications pour la prévention et le traitement de l’obésité infantile

Le désalignement circadien et circannuel causé par des changements dans le moment de l’exposition à la lumière, les horaires de sommeil / réveil et les habitudes alimentaires semblent être des facteurs critiques de prise de poids malsaine. Les interventions de prévention de l’obésité comportementale ciblant l’environnement des vacances d’été en dehors de l’école peuvent donc bénéficier de la promotion d’une santé circadienne optimale pendant l’été en encourageant une synchronisation cohérente du sommeil sur les deux horaires (p. ex. l’école) et les jours libres, la durée optimale du sommeil, la limitation de l’exposition à la lumière artificielle le soir, l’encouragement de l’exposition à la lumière pendant la journée, en particulier le matin, l’encouragement de l’activité physique (pour augmenter la fatigue du soir), la promotion d’un jeûne nocturne en limitant l’apport alimentaire le soir et en maintenant des schémas de repas cohérents. Il est possible que les changements de comportement liés à l’exposition à l’éclairage soient plus acceptables ou plus faciles à mettre en œuvre que les recommandations visant à réduire l’apport calorique et à augmenter l’activité physique, augmentant ainsi les taux d’observance des interventions.