Le système locomoteur HSE 1 physiologie

Introduction L’appareil locomoteur Système osseux Système musculaire Système nerveux Mouvement des différentes parties du corps

Sommaire Introduction 1 - Le système osseux 2 - Le système musculaire 3 - Le système nerveux

Fonctions du système osseux Soutien du corps Squelette interne Protecteur Cage thoracique (cœur-poumon) Boîte crânienne (cerveau) Colonne vertébrale (moelle épinière) Mouvement Mise en mouvement par les muscles rattachés aux os par l’intermédiaire des tendons Homéostasie minérale Fixation du Ca et P minéralisation de l’os Relarguer si signal endocrinien, pour maintenir la concentration dans les vx sanguins Hématopoïèse (moelle rouge) Stockage des lipides (moelle jaune)

Structure des os Diaphyse = partie centrale (B) Réunit les 2 épiphyses (A) recouvertes de cartilage articulaire (C) Métaphyse = segment intermédaire (D) Impliqué dans la croissance osseuse Endoste (G) Paroi interne de l’os compact (cellules ostéogènes) Périoste (F) Paroi externe de l’os compact non recouvert par le cartilage (croissance, réparation, nutrition, attachement des tendons) Moelle rouge (E) Moelle jaune (H)

Différents types d’os Structure des os Os longs (fémur) Os courts (os du poignet) Os plats (crâne, sternum, côtes et omoplates Os sésamoïdes (la rotule)

Histologie osseuse Comme tout tissu conjonctif contient : Une matrice extracellulaire abondante 25% H2O 25% de protéines (collagène) 50% de sels minéraux (cristaux de phosphate de calcium , Ca3(PO4)2, carbonate de calcium, CaCO3) 4 types cellulaires : Cellules ostéogènes Les ostéoblastes Les ostéocystes Les ostéoclastes

Croissance de l ’os Clavicule = dernier os à cesser de croître Croissance en longueur des os cesse à 15/16 ans pour les femmes et à 18/19 ans pour les hommes Ossification terminée à 25 ans

Remaniement de l’os et l’homéostasie calcique Indispensables à la vie de l ’os Sels minéraux Ca2+, H3PO42-, Mg2+ (si carence bloque les ostéoclastes), Mn2+ Vitamines Vit. D formé par l ’action des UV sur le cholestérol de la peau augmente la [Ca2+] dans le sang Vit. C indispensable à la synthèse du collagène Vit. A et B12 contrôle l ’activité des ostéoblastes et ostéoclastes

Fracture et réparation de l ’os Réparation d ’une fracture A : formation d ’un hématome (6 à 8 heures après la facture) B : formation d ’un cal fibro- cartilagineux (3 semaines) C : formation d ’un cal osseux (3 ou 4 mois) D : Remaniement A B C D Vx sanguins endommagés Hématome Nouveaux vx sanguins Cal osseux Fracture guérie

Os spongieux Vertebres ostéoporose

Les affections périarticulaires et le travail Affections musculosquelettiques liées au travail principale cause de maladie professionnelle donnant lieu à une indemnisation (MPI) TMS = Troubles Musculo Squelettiques Forte progression affections de l ’appareil locomoteur 0,3 à 0,5% des MPI en 1965 24% des MPI en 1989 56% des MPI en 1995

Les affections périarticulaires et le travail Pathologies d’hypersollicitation ou des mouvements répétitifs membres supérieurs les plus vulnérables (muscles, tendons, ligaments, articulations) facteurs favorisant l’apparition de ces troubles force exercée au cours du travail répétition du même geste posture contraignante du travail absence de repos ou de temps de pause facteurs non liés au travail activités sportives (raquette ou lancer) distractions (couture, tricot et musique) pathologies articulaires préexistantes(pb de tendinites)

Les affections périarticulaires et le travail Les lombalgies selon les professions, les douleurs dorsales représentent 3,6% à 35% de l’absentéisme au travail répercussion économique considérable traitements souvent d’une efficacité incertaine depuis 1999 l’indemnisation est possible pour les lombalgies graves au titre des MPI Pression au niveau de L5/S1

Les affections périarticulaires et le travail Traumatismes liés au mouvement luxation = déplacement des 2 extrémités osseuses d ’une articulation entraînant une perte de contact des 2 surfaces articulaires (déboîtement avec ou sans rupture des ligaments) entorse = lésion des ligaments d ’une articulations sans déplacement des surfaces articulaires foulure = entorse ou élongation fracture

Les affections périarticulaires et le travail Rhumatismes et arthrites rhumatisme = toute affection douloureuse de l ’appareil locomoteur arthrite = forme de rhumatisme avec inflammation des articulations polyarthrite rhumatoïde = maladie autoimmune d’inflammation du tissu conjonctif arthrose = maladie dégénérative provoquée par l ’usure et le vieillissement des articulations (déformation possible des articulations) arthrite goutteuse ou goutte = surproduction et une mauvaise excrétion d ’acide urique

Sommaire Introduction 1 - Le système osseux 2 - Le système musculaire 3 - Le système nerveux

Le système musculaire Tissu musculaire tous les tissus contractiles de l ’organisme Système musculaire = musculature striée squelettique muscles en général attachés aux os en deux point point d ’attache d’un des tendons à l’os immobile = origine point d ’attache de l’autre tendon à l’os mobile = insertion Partie charnue du muscle située entre les 2 tendons = ventre du muscle origine ventre insertion

Constitution et propriétés des fibres musculaires 3 sortes de tissus musculaires Le muscle strié cardiaque Les muscles lisses Les muscles squelettiques

Types de muscles Squelettique Cardiaque Lisse Où ? Strié ? Recouvre le squelette osseux Coeur Dans les parois des organes viscéraux (estomac, vessie) et les organes des voies respiratoires Strié ? Oui Non Volontaire ou involontaire ? Volontaire Involontaire Contraction … Peut se contracter rapidement mais se fatiguent facilement Se contracte à un rythme relativement constant Contractions lentes et continues (se fatigue pas)

Diversité fonctionnelle des muscles squelettiques 1- Les mouvements / La locomotion Marcher, sauter, courir… 2 - Maintien posturale ou le changement de posture 4- Thermorégulation 3- Stabilisation des articulations

Caractéristiques fonctionnelles du muscle Des cellules: Excitables Contractiles Extensibles et élastiques

Structure et organisation du muscle squelettique Faisceau musculaire Muscle

Structure et organisation du muscle squelettique Deux fibres en vue longitudinale tendon enveloppe conjonctive os fibre Musculaire faisceau de fibres vaisseau sanguin d’après Benjamin Cummings (2001) Fibres en coupe transversale

L’anatomie du muscle: niveaux d’organisation Du muscle (organe) Au faisceau (groupe de cellules) À la fibre musculaire (cellule) À la myofibrille (organite) Au sarcomère (section d’organite) Au myofilament (molécule protéique)

Anatomie microscopique Le réticulum sarcoplasmique Réseau de tubules longitudinaux Parallèle aux myofibrilles S’accole aux tubules transverses Lieu de stockage du Ca2+ Reticulum sarcoplasmique (contient des ions Ca++)

Anatomie microscopique Les myofibrilles Chaque fibre musculaire (cellule) comporte un grand nombre de myofibrilles (organites). Élément contractile 80 % du volume de la fibre Composées de myofilaments

Anatomie microscopique Myofibrille : Strie A : filaments épais de myosine + des parties des filaments fins d’actine Strie I : uniquement des filaments fins d’actine Strie H : uniquement des filaments épais de myosine Strie M : molécules protéiques reliant les filaments épais adjacents Strie Z : molécules protéiques reliant les filaments fins adjacents

Myofibrilles au microscope électronique Z H Z M Bande I Bande A d’après J. Auber Sarcomère = zone comprise entre 2 stries Z

La contraction musculaire muscle au repos contracté sarcomere Quand le muscle se contracte : - la longueur du sarcomère diminue - la longueur de la bande claire (I) diminue - la longueur de la bande sombre (A) ne change pas

Quand le muscle se contracte : au repos muscle contracté Quand le muscle se contracte : - la longueur des filaments fins (en bleu) ne change pas - la longueur des filaments épais (en rouge) ne change pas la contraction s’explique par un glissement des filaments fins entre les filaments épais

Le mécanisme moléculaire contraction musculaire actine Myosine

tête de myosine (haute énergie) 4) La liaison d’une nouvelle molécule d’ATP provoque la séparation de l’actine et de la myosine Filament fin (actine) ATP 1) Hydrolyse de l’ATP Filament épais (myosine) tête de myosine (haute énergie) 3) libération de l’ADP et du Pi : la myosine se détend et revient à son état de basse énergie, causant le glissement du filament d’actine 2) formation d’un pont actine-myosine

www.sci.sdsu.edu/movies/ actin_myosin_gif.html

La contraction musculaire Modalités de la contraction musculaire

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Notion d’Unité motrice (UM) Les fibres musculaires son groupées en unité motrice 1 motoneurone innerve plusieurs FM Le nombre de FM par UM Loi du tout ou rien Recrutement

Unité motrice Unité motrice: un motoneurone + toutes les fibres musculaires qui lui sont reliées. Le nombre de fibres musculaires par unité motrice varie de 4 à plusieurs centaines Rq: Les muscles qui contrôle les mouvements “fins” (yeux, doigts) possèdent de petites unités motrices

2 type de fibres musculaires Fibres blanches ou rapides Pauvres en mitochondries Fibres rouges ou lentes Riches en mitochondries Métabolisme anaérobie Contraction rapide force Métabolisme aérobie Contraction lente endurance Composition déterminée génétiquement

Situation de repos 50% Dégradation des glucides Glucose Stock d’ATP 50% Dégradation des lipides Acides gras libres

Production d’ATP : 3 systèmes de production Au cours de l’exercice Production d’ATP : 3 systèmes de production Utilisés en fonction de la durée de l’exercice 1- Système créatine phosphate (stock intracellulaire) 2- Système glycolytique (anaérobie) 3- Système oxydatif (aérobie)

Exercice physique = stress Besoins métaboliques (énergétiques) accrus Augmentation de la consommation d’O2 du système respiratoire Ajustements et régulation du système cardiovasculaire du système endocrinien

Variations musculaires des taux d’ATP et de Créatinine Phosphate lors des premières secondes d’un sprint Compensation de l’utilisation de l’ATP intracellulaire par l’oxydation de la Cr-P

Lors d'un effort prolongé (exemple du coureur de fond départ arrêté), le muscle squelettique fait tout d'abord appel à l'ATP présent dans le sarcoplasme, qu'il hydrolyse très vite (quelques secondes). Cet ATP est aussitôt régénéré par la CPK qui utilise les réserves de créatine-phosphate en quelques minutes. Pendant ce temps le muscle produit de l'AMPc (grâce au signal neuro-endocrinien) qui déclenche la glycogénolyse. Le glucose 6-phosphate formé est immédiatement oxydé en lactate par la glycolyse anaérobie. L'accélération du coeur (effet inotrope de l'adrénaline) permet rapidement un apport régulier et suffisant d'Oxygène pour que la glycolyse se déroule en aérobiose, ce qui augmente le rendement d'utilisation du glucose 6-phosphate et du glucose plasmatique provenant de la glycogénolyse du foie. Enfin, l'Oxygène étant apporté en quantité suffisante, l'adrénaline active la lipolyse du tissu adipeux et fournit des acides gras aux muscles qui atteignent le meilleur rendement possible grâce à la lipolyse.

Quantité de phosphates par Kg de muscle Durée de sollicitation maximum Source d'énergie Substrat Quantité de phosphates par Kg de muscle Durée de sollicitation maximum Rendement énergétique max µmol/g x s. Anaérobie alactique ATP env 6 mmol 2 - 3 s   CP env 20-25 mmol 5 - 7 s Phosphate total env 30 mmol 7 - 10 s 1.6 - 3.0 Anaérobie lactique Glycogène env 270 mmol 45 - 90 s 1.0 Aérobie env 3000 mmol 45 - 90 mn 0.50 Triglycérides env 50000 mmol plusieurs heures 0.24