Quel est l'effet de la caféine sur le système nerveux ?

Dans un modèle de souris, les chercheurs ont pu montrer que l'effet de la caféine chronique sur le sommeil est différent de l'effet de la caféine aiguë. Les effets sur le cycle veille-sommeil sont complexes et l'effet sur le flux sanguin dans le cerveau est paradoxal. Les résultats ont des implications pour la compréhension des migraines et des maladies neurodégénératives.

Compte tenu du fait que la caféine est présente dans de nombreux produits que nous buvons, mangeons et prenons sous forme de compléments alimentaires - il peut être surprenant que les effets de cette substance psychoactive la plus populaire sur l'activité cérébrale et le comportement ne soient pas totalement élucidés. Étant donné que les troubles du sommeil jouent également un rôle dans les migraines et qu'il existe des preuves que la caféine peut déclencher ou atténuer les crises de migraine, une meilleure compréhension de cette substance pourrait également aider les personnes souffrant de migraines.

Une nouvelle étude adopte désormais une approche innovante pour décrypter les effets de la caféine sur le rythme veille-sommeil et la circulation sanguine cérébrale, ce qui pourrait être important non seulement dans le contexte de la migraine, mais aussi dans celui des maladies neurodégénératives.

Une équipe de chercheurs de l'Université de Californie, Los Angeles, États-Unis, a utilisé un nouveau système de surveillance micro-puce/vidéo peu invasif chez des souris se déplaçant librement pour en savoir plus sur ces relations.

Le groupe a découvert que la consommation chronique de caféine avait des effets complexes sur le rythme veille-sommeil - y compris des effets sur le sommeil paradoxal - et un effet paradoxal sur le flux sanguin dans le cerveau. La nature des modifications du flux sanguin dépendait de la phase du cycle veille-sommeil dans laquelle se trouvaient les animaux.

Les résultats des chercheurs indiquent de possibles effets neuroprotecteurs de la caféine chronique. Ces conclusions pourraient éventuellement aider les médecins à donner de meilleurs conseils sur le sommeil et la caféine à leurs patients migraineux.

Une avancée technologique

Des recherches antérieures ont montré que la sensation "d'éveil" que provoque la caféine est due à son antagonisme avec les récepteurs de l'adénosine. Il est toutefois difficile de comprendre les effets exacts de la caféine sur le système nerveux, car son influence varie en fonction du cycle jour-nuit. La question de savoir si la caféine est administrée de manière aiguë ou chronique complique également le tableau.

Un autre défi réside dans le fait que les méthodes d'évaluation des effets de la caféine, telles que l'électroencéphalographie (EEG), qui permet de mesurer l'activité cérébrale pendant les différentes phases du sommeil, sont invasives chez les animaux. Par exemple, pour placer des électrodes afin de mesurer l'EEG sur des rongeurs, il fallait normalement leur ouvrir le crâne.

Cependant, les auteurs ont récemment développé un système de micropuce/vidéo peu invasif pour surmonter de tels obstacles. Cette nouvelle approche permet d'enregistrer en continu et à long terme l'activité neurovasculaire, le rythme cardiaque et les mouvements des souris qui se déplacent librement. Contrairement à l'EEG, les chercheurs peuvent placer la micropuce sans ouvrir le crâne. La caféine entraîne un sommeil différent - mais pas moins important

Les chercheurs ont placé la micropuce sur des souris C57B16 et ont ensuite surveillé leur état de sommeil et d'éveil. Comme la plupart des autres souches de souris, les souris C57B16 dormaient typiquement pendant les périodes de lumière et étaient éveillées pendant les périodes d'obscurité - à l'exception d'une "sieste" de deux à trois heures (incluant le sommeil paradoxal) environ huit heures après le début de la période d'obscurité.

La découverte de la sieste a éveillé l'intérêt des chercheurs

"La question se pose de savoir si la sieste pourrait être génétiquement programmée chez certaines personnes. Nous conseillons souvent à nos patients de ne pas faire de sieste pendant une crise de migraine, même s'ils en ressentent le besoin, car cela peut être un facteur déclenchant pour certaines personnes. Mais il y a peut-être des patients chez qui la sieste correspond à leur schéma de sommeil naturel, et nous ne devrions donc pas leur interdire de faire la sieste".

Après avoir recueilli les données de départ, les chercheurs ont ajouté des quantités de plus en plus importantes de caféine à l'eau potable des souris sur une période de quatre semaines. Les quantités correspondaient à cinq à 20 tasses de café par jour chez l'homme, en tenant compte des différences de taille du foie et de métabolisme.

Le temps total passé par les animaux en état de veille et de sommeil n'a pas été modifié par la caféine chronique. La phase de repos et la phase active (généralement éveillée) se sont décalées jusqu'à deux heures par rapport au cycle lumière-obscurité - c'est-à-dire que la phase de repos commençait plus tard par rapport à la période claire et s'étendait plus longtemps dans la période sombre, les mêmes changements étant observés pour la phase active par rapport à la période sombre.

De la même manière, la caféine chronique n'a pas modifié la quantité totale de sommeil paradoxal des souris sur une période de 24 heures. Cependant, elle a raccourci le sommeil paradoxal pendant la phase de sieste, voire l'a annulé dans certains cas, et elle a retardé le début du sommeil paradoxal pendant les phases de sommeil normales.

"Si l'on applique ces résultats aux humains, ils réfutent la théorie selon laquelle l'altération du sommeil par la caféine est due à une diminution de la qualité du sommeil. Mais comme la plupart des gens n'ont pas le luxe de faire la grasse matinée, ils auront l'impression d'avoir moins bien dormi, même si la qualité du sommeil est en fait égale ou supérieure".

Un processus paradoxal et potentiellement protecteur

La caféine chronique a également eu un effet sur le volume sanguin cérébral (CBV ; une mesure indirecte de l'activité neuronale) - elle a augmenté le CBV moyen dans la dernière partie de la phase de repos malgré la consolidation du sommeil et a diminué le CBV dans la dernière partie de la phase active. Normalement, on s'attendrait à ce que le CBV diminue pendant le sommeil et augmente pendant la phase active.

Charles, le responsable de l'étude, estime que cette constatation paradoxale pourrait être pertinente pour les patients migraineux qu'il traite en clinique. "Mon approche est de dire : ok, vous pouvez prendre de la caféine, mais prenez-la avant midi et maintenez les quantités constantes d'un jour à l'autre", afin que les patients ne développent pas de symptômes de sevrage persistants, même s'ils ont des symptômes de sevrage relatifs la nuit, pour lesquels l'augmentation du flux sanguin cérébral pourrait être une bonne chose.

La "bonne chose" à laquelle Charles faisait référence est le possible effet neuroprotecteur de la caféine par ses effets sur le CBV. "C'est fascinant, car cela pourrait être important à la fois pour les migraines et pour les maladies neurodégénératives, pour lesquelles on pense que l'augmentation du flux sanguin cérébral pendant le sommeil pourrait contribuer à éliminer les déchets du cerveau". Des travaux antérieurs avaient déjà montré que la caféine pouvait réduire le risque de maladies neurodégénératives, notamment la maladie de Parkinson.

Les chercheurs ne savent pas exactement quelle pourrait être la raison de l'effet paradoxal de la caféine sur le CBV, mais ils supposent qu'il est dû aux effets uniques de l'adénosine sur l'activité neuronale et vasculaire.

Une base sur laquelle on peut se lancer et qui ouvre de nouvelles voies pour les recherches futures.

Référence
Aframian et al. Effets de la caféine chronique sur les modèles de flux sanguin dans le cerveau et sur le comportement pendant le cycle veille-sommeil chez des souris libres. PNAS Nexus. 2023 Sep 19;2(9):pgad303