GTS812 Cours 2 Articulations. Cartilage. Tendons et ligaments. Histopathologie musculaire. Structure et composition du muscle. Contraction musculaire.

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1 GTS812 Cours 2 Articulations. Cartilage. Tendons et ligaments. Histopathologie musculaire. Structure et composition du muscle. Contraction musculaire.

2 Articulations Définition: une articulation est l’organe d’union de deux ou plusieurs pièces osseuses Sutures (fibrous joint) Symphyses (articulation cartilagineuse, cartilaginous joint) Articulations à synoviales (synovial/diarthrodial joint) STAPS, 2002

3 Cartilage articulaire (hyaline articular cartilage)
Tissu très différentié Avascularisé – physiologiquement isolé Cellules: chondrocytes Composé de fibres collagène et de la substance fondamentale 2 Fonctions: (1) distribuer la charge sur une grande surface (2) permettre le mouvement relatif avec une friction et une usure minimale

4 Cartilage articulaire
Composition et structure Chondrocytes (10% du volume tissulaire) Collagène (15-22%) Protéoglycanes (4-7%) Eau, sels, protéines, lipides (60-85%) Nordin & Frankel, 2001

5 Cartilage articulaire
Collagène Unité de base: tropocollagène Nordin & Frankel, 2001

6 Cartilage articulaire
Collagène Nordin & Frankel, 2001

7 Cartilage articulaire
Nordin & Frankel, 2001 Cartilage articulaire Collagène Distribution non homogène Atlas de l'arthrose, J.P. Pujol, 1995

8 Cartilage articulaire
Collagène Type II: structure de base des fibrilles Type XI: à l’intérieur des fibrilles lié de façon covalente au collagène de type II Type IX: extérieur des fibrilles Type VI: à la surface et dans l’espace péricellulaire Type X: tapis autour des chondrocytes

9 Cartilage articulaire
Propriétés mécaniques du collagène Résistance élevée en tension Résistance faible en compression Anisotropique Arrangements variés des fibres de collagène Variation de densité des liaisons doubles Variation des interactions entre PG et collagène

10 Cartilage articulaire
Les chondrocytes:

11 Cartilage articulaire
Les protéoglycanes Nordin & Frankel, 2001

12 Cartilage articulaire
Eau Concentré au niveau de la surface articulaire Na+, K+, Ca2+ Circulation des gazes, éléments nutritifs et déchets entre chondrocytes et fluide synovial 70% de déplacement d’eau sous charge: contrôle le comportement mécanique + lubrification

13 Cartilage articulaire
Interactions structurelles et physiques entre les composantes Forces répulsives: pressions de gonflement Chargement: augmentation des forces répulsives Nordin & Frankel, 2001

14 Cartilage articulaire
Interactions Pression interne excède la pression de gonflement Déformation des molécules PG Force compressive Liquide sort Augmentation de la concentration en PG Équilibre avec la force externe Augmentation de la pression de gonflement

15 Cartilage articulaire
Interactions La résistance à la compression du cartilage provient de deux sources La pression osmotique de gonflement associés aux groupes ioniques fixés au GAG La résistance à la compression du tissu collagénique en lui même

16 Cartilage articulaire
Comportement mécanique Viscoélasticité Fluage Relaxation de la contrainte stotal=ssolide+sfluide Nordin & Frankel, 2001

17 Cartilage articulaire
Lubrification mixte Lubrification limite hors charges: glycoprotéine Weeping lubrification ou boosted lubrification en charge Nordin & Frankel, 2001

18 Cartilage articulaire
Hypothèses sur la biomécanique de la dégénérescence du cartilage l’amplitude des contrainte imposées le nombre de pics de contraintes les changements dans la structure moléculaire et microscopique de la matrice de collagène et des changements dans les propriétés mécaniques du tissu.

19 Cartilage articulaire
déformation Progression de l’arthrose Exudation de fluide Perte de PG Dommage au collagène Cartilage normal Arthrose Cartilage densité de charges fixes pression traînée de friction perméabilité hydraulique Déformation de la matrice plus importante Échanges de fluides plus importants Agit pour diminuer les propriétés de support de charge du cartilage

20 Cartilage articulaire - résumé
Fonction du cartilage: augmentation de la distribution des charges (diminuant ainsi les contraintes) et fournir une surface de support lisse et résistante à l’usure Matériau multiphasique ou triphasique? Résistance à la friction au flux de fluide interstitiel et propriétés intrinsèques de la matrice solide Dommages causés au cartilage: altération des propriétés mécaniques

21 Cartilage articulaire - résumé
Nordin & Frankel, 2001

22 Tendons et ligaments Composition et structure Composante Ligament
Matériau cellulaire: fibroblaste 20% Matrice extracellulaire 80% Eau 60-80% Solides 20-40% Collagène 70-80% Légèrement plus élevé Type 1 90% 95-99% Type 2 10% 1-5% Substance fondamentale 20-30% Légèrement moins

23 Tendons et ligaments Collagène Nordin & Frankel, 2001

24 Tendons et ligaments Élastine Substance fondamentale: PG
Consistance de gel Ciment Résistance mécanique des tendons (?) et ligaments

25 Tendons et ligaments Structure externe Nordin & Frankel, 2001

26 Tendons et ligaments Insertion à l’os Zone 1: fin du tendon
Zone 2: mélange collagène et cartilage fibreux Zone 3: cartilage fibreux minéralisé Zone 4: fusion avec os cortical Nordin & Frankel, 2001

27 Tendons et ligaments Propriétés biomécaniques Nordin & Frankel, 2001

28 Tendons et ligaments Propriétés mécaniques Nordin & Frankel, 2001

29 Tendons et ligaments Propriétés viscoélastiques Nordin & Frankel, 2001

30 Tendons et ligaments Rupture ligamentaire et mécanismes de blessures
Nordin & Frankel, 2001

31 Tendons et ligaments - résumé
Collagène confère la résistance mécanique aux tendons et ligaments Arrangement parallèle dans les tendons et plus variable dans les ligaments Insertion: changement graduel Courbe contrainte-déformation Tendon: ¼ de leur limite à la rupture lors des activités de la vie quotidienne Mécanisme de rupture du tendon: influencé par la section et la force du muscle Comportement visco-élastique

32 Tendons et ligaments - résumé
Nordin & Frankel, 2001

33 Tendons et ligaments - résumé
Nordin & Frankel, 2001

34 Tendons et ligaments - résumé
Nordin & Frankel, 2001

35 Tendons et ligaments - résumé
Nordin & Frankel, 2001

36 Tendons et ligaments - résumé
Nordin & Frankel, 2001

37 Hystophysiologie musculaire

38 Introduction Trois types de muscles:
Muscle cardiaque Muscle lisse Muscle strié + de 430 muscles, dont 80 qui produisent les mouvements vigoureux Rôles du muscle Travail statique et dynamique

39 La cellule - généralités
STAPS, 2002

40 La cellule: généralités
Membrane plasmique Deux couches lipidiques Éléments hydrophobes se font face dans la bicouche lipidique Protège du milieu extérieur Permet les échanges entre la cellule et le milieu extérieur Diffusion passive Transport actif Endocytose - exocytose

41 La cellule: généralités
Cytoplasme Hyaloplasme Réticulum endoplasmique Appareil de Golgi Mitochondries Ribosomes Lysosomes Centrioles Vacuoles Squelette cellulaire

42 La cellule: généralités
Le noyau Enveloppe nucléaire Chromatine Nucléole

43 Structure et composition du muscle
STAPS, 2002

44 Structure et composition du muscle
Fibre musculaire: unité fonctionnelle du muscle Plusieurs noyaux Membrane plasmique: sarcolemme Système T Jonction neuromusculaire Cytoplasme = sarcoplasme Faisceaux de fibrilles (myofibrilles) (bandes A, I, H et strie Z) = sarcomère Hyaloplasme (particules de glycogène et mitochondries) Réticulum endoplasmique: « citernes »

45 Structure et composition du muscle
STAPS, 2002

46 Contraction musculaire
Bases moléculaires pour la contraction musculaire Les bandes claires, I se raccourcissent Les bandes H disparaissent Les bandes sombres, A, gardent la même longueur Les myofilaments d’actine et de myosine ne changent pas de longueur

47 Contraction musculaire
La jonction neuro-musculaire Nordin et Frankel, 2001

48 Contraction musculaire
Potentiel d’action Relargage d’acetylcholine vers JNM Liaison acétycholine + Récepteurs Augmentation de la perméabilité de la JNM au ions sodium + potassium: potentiel de plaque PP dépolarise la membrane (sarcolemme): PAM Acétylcholine se transforme en acétylcholinesterase PAM dépolarise les tubules transverse Relargeage de CA++ Liaison Ca++ avec troponine (qui bloquait liaison actine+myosine) A + M-ATP = A-M-ATP A-M-ATP = A-M + ADP + P Glissement relatif des filaments A-M + ATP = A + M-ATP

49 Contraction musculaire
Fibres de type I Fibres de type II Sommation spatiale Sommation temporelle Propriétés visco-élastiques des éléments Muscle prêt pour la contraction Retour à l’état initial Prévient une élongation trop importante Absorption et dissipation d’énergie

50 Contraction musculaire
Sommation et tétanisation Secousse musculaire élémentaire Temps de latence, temps de contraction, temps de relaxation Nordin et Frankel, 2001

51 Contraction musculaire
tétanos Nordin et Frankel, 2001

52 Contraction musculaire
Types de contraction musculaires Travail dynamique Contraction musculaire concentrique Contraction musculaire eccentrique Contraction isocinétique Contraction isoinertielle Contraction isotonique Travail statique Contraction isométrique

53 Contraction musculaire
Relation tension-longueur - fibre Nordin et Frankel, 2001

54 Contraction musculaire
Relation tension longueur - muscle Nordin et Frankel, 2001

55 Contraction musculaire
Relation force-vitesse Relation force-temps Nordin et Frankel, 2001

56 Contraction musculaire
Effet de l’architecture du muscle squelettique Nordin et Frankel, 2001

57 Contraction musculaire
Effet de la fatigue ATP, source d’énergie ATP - > ADP + Pi + énergie Nordin et Frankel, 2001

58 Contraction musculaire
Les voies énergétiques de la contraction musculaire Voie anaérobie alactique PCr + ADP => ATP + Cr ATP + Cr => PCr + ADP (énergie provient de la dégradation des aliments par les voies énergétiques) La voie anaérobie lactique ou glycolyse ou voie glycolique (glucose)n+Pi => (glucose)n-1 + glucose P Glucose P => 2 acides pyruviques => 2 acides lactiques La voie aérobie

59 Contraction musculaire
Nordin et Frankel, 2001

60 Contraction musculaire - résumé
L’unité structurelle du muscle squelettique est la fibre musculaire Les fibres sont composées de myofibrilles arrangées en sarcomère, qui est l’unité fonctionnelle du système contractile Les myofibrilles sont composées de fins filaments d’actine et de filaments plus épais de myosine Théorie du glissement: mouvement relatif des têtes de myosine par rapport au filament d’actine (troponine et tropomyosine régulent les liens) La clé du mécanisme est le Calcium qui allume et éteint l’activité contractile L’unité motrice est la plus petite unité contractile du muscle

61 Contraction musculaire - résumé
Les composantes passives s’étirent ou se relâchent avec la contraction musculaire La sommation des contractions mène à la tétanisation du muscle Les muscles se contractent de façon concentrique, excentrique, isométrique dépendamment de la relation entre la tension musculaire et la force externe La force produite dans un muscle dépend de la relation longueur – tension, force – vitesse et force- temps L’énergie dont le muscle a besoin vient de l’ATP. Il existe trois formes de production d’ATP dans le muscle (anaérobie alactique, anaérobie lactique et aérobie) Trois types de fibres: type I lentes, oxidatives; Type IIA rapide oxydatives glycoliques, type IIB rapides glycolytiques