Développement des états de vigilance chez le nourrisson. Place du sommeil dans le syndrome de mort subite du nourrisson

Introduction

Sommeil et syndrome de mort subite du nourrisson (MSN) sont très étroitement liés. Ce lien est probablement expliqué en partie par l'importance des états de vigilance pour la régulation des fonctions neurovégétative et cardiorespiratoire, au cours des premiers mois de la vie. Ce chapitre s'intéressera à l'ontogenèse des états de vigilance au cours de la période foetale et des deux premières années; une large place sera faite, au travers de données de la littérature et de données personnelles, au rôle du sommeil dans le syndrome de MSN. Par contre les mécanismes des états de veille et de sommeil restant mystérieux, le rôle des neuromédiateurs ne sera abordé que très brièvement et uniquement dans son aspect directement en relation avec le syndrome de MSN.

I. Etats de vigilance de l'adulte

Il est difficile d'aborder l'étude de l'ontogénèse des états de vigilance sans se référer à l'organisation des rythmes veille-sommeil de l'adulte jeune; cette organisation est en effet le résultat des modifications progressives des états de vigilance de la période foetale à 20 ans.
Chez l'adulte, le sommeil est constitué par deux états bien distincts: le sommeil lent et le sommeil paradoxal, définis par un ensemble de variables physiologiques. Le sommeil paradoxal est caracterisé par la survenue d'une activité EEG rapide et peu ample, par la présence de mouvements oculaires rapides, l'existence d'une atonie musculaire et de rythmes respiratoires et cardiaques irréguliers; le sommeil lent par l'absence de mouvements oculaires rapides, la présence d'une activité musculaire tonique, I'existence de fréquences cardiaque et respiratoire plus lentes et réguliéres.
Le sommeil lent de l'adulte est subdivisé sur l'activité électroencéphalographique (EEG) en 4 stades:

• le stade I est caractérisé par un discret ralentissement de l'activité d'éveil;
• le stade II par l'apparition des fuseaux de sommeil (spindles) et par celle des complexes K;
• les stades III et IV par la présence sur l'EEG d'ondes lentes de fréquence inférieure ou égale à 2 hertz représentant respectivement plus de 20 % et 50 % du temps d'enregistrement.

Ces 4 stades représentent une profondeur de sommeil croissante allant de la somnolence (stade I) au sommeil lent profond (stades III et IV).
Les états de vigilance de l'adulte ont une organisation circadienne, le sommeil est monophasique et nocturne, 16 heures d'éveil alternent en moyenne avec 8 heures de sommeil. L'organisation au cours de la nuit se fait par cycles de 90 à 100 min, formés d'une période de sommeil lent suivi par une période de sommeil paradoxal, le nombre de cycles varie de 4 à 6 cycles par nuit. Les endormissements se font toujours dans les conditions normales en sommeil lent. Le sommeil paradoxal représente 20 à 25 % du temps de sommeil total. Il existe enfin chez l'adulte une différence dans la qualité du sommeil entre premiére et seconde partie de nuit: le sommeil lent profond prédomine dans le premier tiers de la nuit, les périodes de sommeil paradoxal sont brèves en début de nuit, plus longues sur le matin.

II. Organisation des états de vigilance chez le nouveau-né à terme

Le nouveau-né à terme a des états de vigilance qui peuvent être facilement différenciés polygraphiquement. La première description de ces états a été donné par Wolff, qui définissait deux sommeils différents sur la présence d'une respiration régulière ou irrégulière. Selon l'intérêt des chercheurs ces deux sommeils ont reçu différentes dénominations: sommeil régulier ou irrégulier, stades I et II. Les termes les plus souvent utilisés sont ceux de sommeil calme et agité, adoptés par Dreyfus Brisac. Les périodes de sommeil qui ne pouvaient être classées dans l'un ou l'autre de ces deux états ont été regroupées sous le terme de sommeil indéterminé, transitionnel ou ambigu.
Chez le nouveau-né, les états de veille sont subdivisés en plusieurs stades: éveil calme, éveil agité et éveil avec pleurs ou cris, appelés par Prechtl: stades III, IV et V.

A. Sommeil calme, stade I de Prechtl

Pendant ce sommeil, l'enfant est immobile, les mouvements corporels sont limités à de brefs sursauts. Le visage est inexpressif, il n'existe aucune mimique faciale en dehors de mouvements de succion très périodiques, visibles surtout avant les périodes d'alimentations (succion non nutritive). Les yeux sont fermés, il n'y a pas de mouvement oculaire, l'enfant n'est pas hypotonique, une position antigravitaire des extrêmités peut être observée. La respiration est régulière avec des fréquences de 30 à 40 mouvements/min. Il peut exister des soupirs suivis d'une pause respiratoire qui ne dépasse pas généralement 15 secondes. Le rythme cardiaque est régulier et relativement lent aux environs de 90 à 130 battements/min.
L'EEG se modifie progressivement au début du sommeil calme, d'un tracé lent continu vers un tracé de type alternant fait de bouffées d'ondes lentes, alternant périodiquement avec des périodes de tracé moins ample. Le sommeil calme est un sommeil très stable, équivalent du sommeil lent profond de l'adulte. Sa durée moyenne est de 20 min.

B. Sommeil agité, stade II de Prechtl

fig. 3.2
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L'apparition périodique de divers mouvements corporels est l'une des principales caractéristiques de ce sommeil. Il s'agit de mouvements segmentaires d'un bras ou d'une jambe, de mouvements plus parcellaires d'un doigt ou d'un orteil ou de mouvements plus globaux très stéréotypés d'étirement, apparaissant toutes les 3 à 5 min, durant de quelques secondes à parfois presque une minute. Entre ces mouvements, le tonus musculaire est extrêmement bas, les yeux sont fermés ou entrouverts, les mouvements oculaires lents sont pratiquement continuellement présents, les mouvements oculaires rapides apparaissant en quantité variable. Le visage est expressif montrant des mimiques organisées telles que la tristesse ou la joie. La respiration est plus rapide (40-60 mouvements/min) et plus irrégulière que pendant le sommeil calme, elle est fréquemment interrompue par de courts arrêts respiratoires presque toujours inférieurs à 12 secondes. Le rythme cardiaque est lui aussi un peu plus rapide et plus variable (120-160 battements/min). L'EEG montre une activité continue de bas voltage de 4 à 7 Herk, mèlée à une composante delta de plus haut voltage. Le sommeil agité est l'équivalent du sommeil paradoxal de l'adulte; c'est un sommeil léger, sa durée est beaucoup plus variable que celle du sommeil calme, elle se situe, suivant les cycles de sommeil, entre 10 et 45 min, sa durée moyenne est de 25 min.

C. Organisation du sommeil du nouveau-né à terme

Si le sommeil du nouveau né peut être considéré comme qualitativement assez semblable à celui de l'adulte; sa durée et son organisation sont par contre très différentes:
Le temps de sommeil par 24 h est beaucoup plus important, de 16 h en moyenne, avec de grosses variations interindividuelles.
Les états de vigilance sont contrôlés par un rythme ultradien d'environ 4 h; le sommeil est diurne et nocturne, polyphasique, des périodes de 3-4 h de sommeil alternent avec des périodes d'éveil rythmées par l'alimentation mais non directement liées avec elle, puisque cette périodicité n'est pas abolie chez l'enfant nourri de façon continue. Le cycle de sommeil est court, sa durée est de 50 à 60 min; il existe donc chez le nouveau-né 18 à 20 cycles de sommeil par 24 h dont 9 à 10 nocturnes au lieu de 4 à 6 chez l'adulte.
Les endormissements se font le plus fréquemment en sommeil agité. La quantité de ce sommeil est très importante, son pourcentage dans le temps de sommeil total est de 50 à 60 p.100. Pour les autres états de vigilance: le sommeil calme représente 40 p.100 du temps de sommeil total, le sommeil indéterminé environ 10 %. Au cours d'enregistrements prolongés, les états de veille représentent environ 10 p.100 du temps d'enregistrement; mais l'état de veille calme, qui est le seul état de veille ou le nouveau-né est "conscient" de son environnement et peut l'appréhender, ne dépasse pas 4 %.
Enfin, il n'existe pas chez le nouveau-né de différences entre première et seconde partie du nycthémère pour le pourcentage des différents états de sommeil , il n'est d'ailleurs pas possible sur l'EEG de différencier au cours du sommeil calme, plusieurs stades.

III. Développement des états de vigilance chez le prématuré

Les modifications qualitatives et quantitatives des aspects EEG et des états de vigilance sont difficiles à étudier chez l'enfant prématuré pour plusieurs raisons: il n'existe pas d'étude longitudinale décrivant l'ontogenèse des états de vigilance chez le prématuré normal. Les études sur des périodes prolongées sont rares  . La variabilité inter- et, probablement, intra-individuelle est importan .
Chez le nouveau-né à terme, les états de vigilance sont relativement bien définis et il est aisé de leur appliquer les critères comportementaux originalement destinés aux adultes. Chez le grand prématuré, les paramêtres physiologiques de sommeil ne sont pas tous présents, puisque leur apparition dépend de la maturation du système nerveux central; s'ils existent, ils ne sont pas encore cycliques et synchronisés, alors que le concept d'état de vigilance se définit comme "une constellation de patterns comportementaux et physiologiques récurrents et stables" . Les paramêtres qui ont été les plus souvent utilisés pour l'analyse du sommeil du prématuré ont été: I'aspect EEG, la présence ou l'absence de mouvements oculaires rapides, la présence ou l'absence de mouvements corporels et l'existence d'un rythme respiratoire et cardiaque régulier ou irrégulier  . Chez le nouveau-né très immature, I'EEG reste discontinu jusqu'à 28-29 semaines, les mouvements corporels sont pratiquement continus jusqu'à 28 semaines, de même que les mouvements oculaires dont les premières périodes d'inactivité n'apparaissent pas avant 30 semaines; la respiration est souvent irrégulière jusqu'à 34 semaines.
Le développement du sommeil du prématuré est donc caractérisé par la coexistence progressive d'un plus grand nombre de paramêtres physiologiques pendant des périodes de plus en plus longues. Les temps d'analyse et les paramêtres retenus étant très différents selon les auteurs, les données de la littérature ne sont souvent pas très comparables, en particulier pour les données quantitatives.

A. Modifications qualitatives

Pour les modifications qualitatives, il existe un consensus relatif entre les différents auteurs, leurs conclusions peuvent être résumées ainsi: Aucun état de sommeil ne peut être reconnu chez le grand prématuré de moins de 27 semaines. La première différenciation entre sommeil agité et sommeil calme apparait entre 28 et 30 semaines; entre 31 semaines et 34 semaines, ces deux états sont reconnaissables sur des périodes stables. Ils sont complètement individualisés à partir de 35 semaines. La distinction entre éveil et sommeil ne peut être faite avant 36-37 semaines.

B. Modifications quantitatives

Les données quantitatives sont peu nombreuses et contradictoires, on peut cependant conclure de ces études que:

• Le sommeil indéterminé est le sommeil le plus important jusqu'à 32 semaines de gestation, sa quantité diminue rapidement avec la maturation.
• Le pourcentage de sommeil agité augmente rapidement avec l'âge conceptionnel entre 32 et 36 semaines, il augmenterait de 45 à 65 % du temps de sommeil total. Plusieurs études suggèrent une légère diminution du pourcentage de ce sommeil vers le terme.
• L'augmentation du sommeil calme est plus lente, son pourcentage passe de 10 à 35 % entre 31 et 37-38 semaines.
• Les états de veille représentent, chez le prématuré, un faible pourcentage des états de vigilance, ce pourcentage est toujours inférieur à 10 %. L'état de veille calme est virtuellement absent.
• La durée du cycle de sommeil ne change pas entre 30 semaines et le terme, elle se situe entre 50 et 60 min.
• Le développement des états de vigilance est presque identique in utero et ex utero, il dépend de l'âge conceptionnel. Au terme, les différences entre nouveau-nés nés à terme et nouveau-nés nés prématurés sont peu importantes. Plus tard, au cours de la première année, I'ontogénèse des états de vigilance nocturnes est très comparable chez les prématurés et les nouveau-nés nés à terme, les petites différences observées reflètent probablement plus des variations dans les conduites maternelles que des différences biologiques .

IV. Développement des états de vigilance chez le foetus humain

Les premières études du foetus humain ont été basées sur l'analyse des mouvements corporel et cardiaque foetaux enregistrés par des capteurs placés sur la paroi abdominale maternelle  . Ces études ont prouvé l'existence d'un cycle "repos-activité" foetal de 40 à 60 min, apparaissant vers le 5e mois de vie intra-utérine, indépendant des états de vigilance maternels .
L'existence d'un sommeil foetal a également été suggérée par la similitude entre les variabilités du rythme cardiaque observées au cours du sommeil ex utero et celles observées in utero sur les enregistrements du rythme cardiaque foetal chez le foetus non stressé ; mais, pour certains auteurs, cette méthode est trop indirecte et imprécise puisque le rythme cardiaque est très influencé par la mobilité foetale  Le monitorage de l'EEG foetal pendant le travail, associé à l'enregistrement de la variabilité cardiaque, était une technique assez précise puisque les patterns EEG corrèlent bien avec les états de sommeil . Ces enregistrements ont montré des modulations de l'EEG et du rythme cardiaque identiques à celles des deux états de sommeil recueillis ex utero juste après la naissance chez le nouveau-né à terme ou prématuré. Ils ont permis aussi de de montrer que ces états de vigilance alternaient de façon régulière si le travail était normal et le foetus en bonne santé. Ces EEG foetaux ont pourtant été rapidement abandonnés car ils étaient trop invasifs et réalisables seulement pendant le travail.
Tous ces inconvénients ont été supprimés par l'échographie foetale en temps réel. Cette technique, non invasive permet une visualisation directe de l'activité foetale et rend possible des observations pendant plusieurs heures, observations qui peuvent être répétées de façon longitudinale au cours de la grossesse. Cette méthode associée à des enregistrements vidéo et à un enregistrement continu de la variabilité du rythme cardiaque foetal a permis des études précises de l'apparition et de l'ontogenèse des principaux paramêtres utilisés pour la définition des différents états de vigilance. Ces études révèlent que ces paramêtres apparaissent très tôt au cours de la grossesse et qu'à 20 semaines les variables physiologiques du sommeil sont presque toutes présentes   Parmi ces paramêtres, la respiration a un développement un peu particulier; en effet, si les premiers mouvements respiratoires apparaissent entre 9 et 12 semaines  , ils ne sont pas continuellement présents, même en fin de grossesse, puisque, pour Junge , ils apparaissent près du terme pendant seulement 13,8 p.100 du temps de sommeil calme et 29,2 % du temps de sommeil agité.
Les résultats apportés par les différentes équipes sont, comme chez le prématuré, souvent très différents; néanmoins le développement du sommeil foetal semble tout à fait parallèle à celui du prématuré sain de même âge gestationnel; Van Woerden cité par Van Geijn trouve chez le foetus près du terme des pourcentages et des durées pour les états de vigilance, très proches de ceux donnés chez les nouveau-nés à terme. Nijhuis  sur une analyse des mouvements oculaires, des mouvements corporels et de la variabilité cardiaque, chez 14 foetus enregistrés longitudinalement au cours de la grossesse, montre qu'à 28-30 semaines, bien qu'il y ait une cyclicité pour chaque paramêtre, il n'existe pas d'évidence de vrais états de vigilance (c'est-à-dire la coïncidence de la cyclicité de plusieurs paramêtres). Ces états de vigilance ne peuvent être affirmés, pour cet auteur, qu'à 36-38 semaines. Il démontre que des épisodes de veille calme existent vraisemblablement chez le foetus à la fin de la grossesse.
Ces études ont confirmé que le sommeil du foetus était totalement indépendant de celui de sa mère; mais elles ont montré qu'il existait une certaine organisation circadienne, puisque les mouvements corporels foetaux étaient fréquents entre 21 et 24 h, plus rares entre 9 et 12h, le rythme cardiaque très variable en début de nuit, lent entre 2 et 6h, plus rapide entre 9 et 12 h et les fréquences respiratoires lentes entre 19 et 24 h, accélérées entre 4 et 7 h. Cette organisation est parfois à contre-temps de celle de la mère, mais elle est vraisemblablement d'origine maternelle, probablement dépendante des variations des taux de glucose et de cortisol maternels puisque cette organisation est perdue à la naissance et chez un foetus de mère ayant subi une adrénalectomie .

V. Développement de l'organisation du sommeil et des états de vigilance

A. Rythme ultradien et circadien

Chez le nouveau-né, les états de veille et de sommeil sont contrôlés par un rythme ultradien de 4 h. Une influence circadienne débute dès la fin du 1er mois. Les périodes de sommeil sont plus longues dans la nuit, des périodes d'éveil prolongé commencent à apparaître en fin d'après-midi. A partir de 3 mois, l'influence circadienne sur les états de vigilance est effective . Les périodes de sommeil et d'éveil ne sont plus distribuées de façon aléatoire sur les 24 h, les périodes de sommeil les plus longues deviennent nocturnes; à 6 mois, un nourrisson est capable de dormir plus de 7 h d'affilée  L'ontogénèse des autres rythmes biologiques comme ceux de la température, des sécrétions endocriniennes, du rythme respiratoire et du rythme cardiaque n'est pas très connue . Il n'existe pas d'influence circadienne au cours des toutes premières semaines de la vie; son développement paraît synchrone de celui des états de vigilance.
Ces rythmes sont d'origine génétique, leur cyclicité est au cours des premiers mois aux environs de 25 h. L'environnement, le mode d'alimentation, le comportement maternel sont des facteurs très importants pour les synchroniser sur 24 h. Cette influence débute probablement dès les tout premiers mois de la vie .

B. Durée du sommeil

De nombreuses études ont analysé la durée du sommeil et des éveils nocturnes de l'enfance à l'âge adulte. Ces études ont surtout porté sur des questionnaires . Chez le nouveau-né, la durée moyenne de sommeil est de 16 h; cette durée diminue à 14 h à un an, à cet âge le sommeil est constitué d'une longue période nocturne et de deux siestes. Pendant la seconde année, la durée de sommeil diminue à 13 h, il existe généralement une sieste de début d'après-midi assez longue. Cette sieste est généralement abandonnée entre 3 et 5 ans. Entre 1 et 6 ans, la diminution progressive du sommeil est expliquée par une diminution du sommeil diurne et par un retard de l'horaire du coucher, alors que l'heure de réveil reste fixe jusqu'au moment ou apparaîtra une nouvelle réduction du sommeil nocturne de 30 min environ lorsque l'enfant entrera à l'école. Après 6 ans, la durée du sommeil va diminuer très progressivement jusqu'à la fin de l'adolescence. Il existe pour les durées de sommeil une variabilité inter-individuelle importante avec une déviation standard aux environs de 1 h. La variabilité intra-individuelle est peu importante Les éveils nocturnes sont un comportement normal chez le nourrisson et le jeune enfant.
Quarante à 60 % des enfants entre 18 mois et 5 ans ont des éveils nocturnes, 20 % d'entre eux s'éveillent une à plusieurs fois par nuit . Il existe à partir de 2 ans une corrélation négative entre la durée du sommeil diurne et celle du sommeil nocturne.

C. Organisation des états de vigilance

L'ontogenèse des états de vigilance de la période néonatale à l'âge adulte est caractérisée par des modifications considérables de l'aspect EEG, de la qualité des états de vigilance, du pourcentage et de l'organisation de ces états. La plupart de ces modifications apparaissent pendant les deux premières années de la vie.

1. Modifications des états de vigilance au cours des deux premières années

a. Modifications de l'activité EEG 
Les principales étapes des modifications EEG pendant le sommeil peuvent être très grossièrement résumées de la façon suivante: le tracé alternant disparaît entre 3 et 6 semaines, les premiers fuseaux de sommeil apparaissent entre 4 et 8 semaines, les premières pointes vertex apparaissent vers 4 mois, les complexes K après l'âge de un an.
b. Modifications du pourcentage et de l'organisation des états de vigilance
La durée du cycle de sommeil reste très stable au cours des 3 premières années de la vie. Par contre, le pourcentage et la distribution temporelle des divers stades et états de vigilance se modifient de façon importante, l'essentiel de ces modifications survient au cours des 6 premiers mois de la vie.
Au cours des 6 premiers mois le pourcentage de sommeil paradoxal dans le temps de sommeil total diminue de moitié; à 6 mois, il est presque le même que chez l'adulte. Cette diminution est surtout expliquée par une diminution du nombre des périodes de sommeil paradoxal; sur 24 h, il existe un parallèlisme étroit entre la disparition du sommeil agité et l'apparition de plus grandes quantités de veille calme . Au cours de la même période, le sommeil calme augmente de façon très importante. A partir de 3 mois et parfois même à partir de 1 mois et demi, il est possible d'individualiser dans ce sommeil un stade II stable, équivalent du stade II du sommeil lent de l'adulte. Cette individualisation est présente dans les six premiers mois seulement au début du sommeil calme . Le stade IV (uniquement à ondes lentes) s'individualisera dans la seconde année. A partir de 3 mois, les périodes de sommeil paradoxal s'allongent au cours de la nuit; vers 4-5 mois, le sommeil lent profond devient plus important au cours du premier tiers de la nuit. Enfin, à 6 mois, les endormissements en sommeil agité sont progressivement remplacés par des endormissements en sommeil lent.

2. Modifications des états de vigilance après les deux premières années de la vie

Ces modifications apparaissent presque exclusivement entre 2 et 5 ans . Après 8 ans, les aspects EEG, les pourcentages des états de vigilance, l'organisation nocturne des états de sommeil sont très semblables à ceux observés chez l'adulte.

Marie Josèphe Challamel
Progrès en pédiatrie Mort subite du nourrisson Doin Paris pages : 51-68 (1989)