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

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

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

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

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

Cartilage articulaire Collagène Nordin & Frankel, 2001

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

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

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

Cartilage articulaire Les chondrocytes:

Cartilage articulaire Les protéoglycanes Nordin & Frankel, 2001

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

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

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

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

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

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

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.

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

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

Cartilage articulaire - résumé Nordin & Frankel, 2001

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

Tendons et ligaments Collagène Nordin & Frankel, 2001

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

Tendons et ligaments Structure externe Nordin & Frankel, 2001

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

Tendons et ligaments Propriétés biomécaniques Nordin & Frankel, 2001

Tendons et ligaments Propriétés mécaniques Nordin & Frankel, 2001

Tendons et ligaments Propriétés viscoélastiques Nordin & Frankel, 2001

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

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

Tendons et ligaments - résumé Nordin & Frankel, 2001

Tendons et ligaments - résumé Nordin & Frankel, 2001

Tendons et ligaments - résumé Nordin & Frankel, 2001

Tendons et ligaments - résumé Nordin & Frankel, 2001

Tendons et ligaments - résumé Nordin & Frankel, 2001

Hystophysiologie musculaire

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

La cellule - généralités STAPS, 2002

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

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

La cellule: généralités Le noyau Enveloppe nucléaire Chromatine Nucléole

Structure et composition du muscle STAPS, 2002

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 »

Structure et composition du muscle STAPS, 2002

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

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

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

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

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

Contraction musculaire tétanos Nordin et Frankel, 2001

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

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

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

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

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

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

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

Contraction musculaire Nordin et Frankel, 2001

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

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