Unité 2 : Physiologie de l’activité physique 2.1 – La structure et la fonction des muscles Chapitre 3 p. 61 - 75 Sport Books Publisher

Objectifs Décrire les structures macroscopiques et microscopiques du muscle. Expliquer la théorie du glissement des filaments lors de la contraction musculaire. Distinguer les différentes fibres musculaires. Décrire les actions des groupes de muscles. Sport Books Publisher

Les différents types de muscles Le corps humain est constitué de 324 muscles. Les muscles représentent 30-35% (chez les femmes) et 42-47% (chez les hommes) de la masse corporelle. Trois types de muscles : Muscles squelettiques Muscles lisses Muscle cardiaque Sport Books Publisher

A. Les muscles squelettiques (striés) Relient les différentes parties du squelette grâce à un ou plusieurs tendons de tissu conjonctif. Durant la contraction musculaire, le muscle squelettique raccourcit et déplace les différentes parties du squelette. Grâce à une activation graduée des muscles, la vitesse et la douceur d’un mouvement peuvent varier. Il est activé grâce à des signaux transportés jusqu’au muscle par les nerfs (activation volontaire). L’activation répétée d’un muscle squelettique peut entraîner la fatigue. Biomécanique : évaluation du mouvement et du patron séquentiel de l’activation musculaire lors du déplacement des segments corporels. Sport Books Publisher

B. Les muscles lisses Situés dans les vaisseaux sanguins, la voie respiratoire, l’iris de l’œil et la voie gastro-intestinale. Les contractions sont lentes et uniformes. Leur fonction : modifier l’activité de plusieurs parties du corps afin de répondre à des besoins ponctuels. Ils ont une bonne résistance à la fatigue. Leur activation est involontaire. Sport Books Publisher

C. Le muscle cardiaque Il a les caractéristiques à la fois du muscle squelettique et du muscle lisse. Sa fonction : assurer l’activité contractile du cœur. L’activité contractile peut être graduée (comme pour le muscle squelettique). Il a une très bonne résistance à la fatigue. L’activation du muscle cardiaque est involontaire (comme pour le muscle lisse). Sport Books Publisher

(b) Faisceau de fibres musculaires p. 65 Composition de la fibre musculaire squelettique (d) Myofibrille (c) Fibre musculaire (b) Faisceau de fibres musculaires (a) Muscle du ventre Sport Books Publisher

Les fibres musculaires Cellules de forme cylindrique qui composent le muscle squelettique Chaque fibre est composée de plusieurs myofilaments. Diamètre d’une fibre : 0,05 – 0,10 mm. Longueur d’une fibre : approximativement 15 cm. Chaque fibre est entourée d’une membrane : un tissu conjonctif appelé sarcolemme. Un tissu conjonctif appelé périmysium regroupe différentes fibres pour former des faisceaux. Chaque fibre contient une machine contractile et des organites. Les fibres sont activées par influx nerveux via leur jonction neuro-musculaire. Un groupe de fibres activées par un même nerf forme une unité motrice. Chaque fibre a des capillaires qui apportent des nutriments et éliminent les déchets. Sport Books Publisher

Synergies musculaires Agonistes (muscles moteurs initiaux) : - Muscle ou groupe de muscles qui produit l’action désirée. Antagonistes : - Muscle ou groupe de muscles qui s’oppose à l’action. Synergistes : - Muscles qui entourent les articulations en mouvement. Fixateurs : - Muscle ou groupe de muscles qui stabilise les articulations les plus rapprochées de l’axe du corps afin que l’action désirée puisse se produire. Sport Books Publisher

Extension du coude Flexion du coude L’extension et la flexion du coude requièrent l’action coordonée du biceps et du triceps. Sport Books Publisher

La machine contractile : Les sarcomères Unités contractiles Placées en séries (les unes derrière les autres) Deux types de myofilaments : - Actine : filament mince - Myosine : filament épais Chaque filament de myosine est entouré de six filaments d’actine. Des ponts de myosine sont attachés aux filaments de myosine. Sport Books Publisher

Coupe longitudinale d’une myofibrille (a) Au repos Sport Books Publisher

Vue microscopique grossie de sarcomères à l’intérieur d’une microfibrille. Sport Books Publisher

La machine contractile : Complexe actine-myosine (CAM) Formation du CAM : - Un nerf moteur génère un stimulus, activant ainsi la fibre - Les têtes des filaments de myosine s’attachent temporairement aux filaments d’actine Mouvement du CAM : Similaire au « coup » d’un aviron et au mouvement subséquent de l’embarcation - Glissement des fibres d’actine sur celles de myosine - Raccourcissement du sarcomère - Le raccourcissement de chaque sarcomère est additionnel Sport Books Publisher

Coupe longitudinale d’une myofibrille (b) Contraction Sport Books Publisher

La machine contractile : Complexe actine-myosine optimal Les sarcomères doivent se trouver à une distance optimale les uns des autres. Pour la contraction musculaire, la distance optimale est de 0,0019 à 0,0022 mm. À cette distance, un nombre optimal de CAM se réalise. Si les sarcomères sont plus éloignés les uns des autres : - le nombre de CAM formé diminue  moins de force musculaire produite. Si les sarcomères sont trop proches les uns des autres : - les CAM interfèrent les uns avec les autres quand ils se forment moins de force musculaire produite. Sport Books Publisher

Coupe longitudinale d’une myofibrille (c) Extension forte Sport Books Publisher

Coupe longitudinale d’une myofibrille (d) Contraction forte Sport Books Publisher

La machine contractile : Longueur optimale du muscle et angle d’articulation optimal La distance entre les sarcomères dépend de l’étirement du muscle et de la position de l’articulation. La force musculaire maximale s’observe à une longueur optimale du muscle. La force musculaire maximale s’observe à une angulation optimale du muscle. Une angulation optimale du muscle s’observe à une longueur optimale du muscle. Sport Books Publisher

Tension musculaire pendant la flexion du coude à vitesse constante Sport Books Publisher

La machine contractile : Tendons, origine, insertion Pour que les muscles puissent se contracter, ils doivent être attachés aux os afin de générer un mouvement. Tendons : tissus musculaires forts et fibreux situés aux deux extrémités de chaque muscle qui attachent le muscle à l’os. Origine : extrémité du muscle attachée à l’os qui demeure statique. Insertion : point d’attache du muscle sur l’os qui se déplace. Sport Books Publisher

Types de fibres musculaires Fibres à contraction lente : Oxydation lente (Type I) Fibres à contraction rapide : Glycolyse rapide (Type IIb) Oxydation rapide des glucides (Type IIa) Sport Books Publisher

(a) Fibres à contraction lente Idéales pour les contractions répétées durant des activités nécessitant un apport physique inférieur à 20-25% de l’apport physique maximal. Exemples : activités à bas régime, endurance. *** Pour d’autres exemples, voir la p. 69. Sport Books Publisher

(b) Fibres à contraction rapide Capacité de force et de génération de vitesse plus élevée que celle des fibres à contraction lente. Idéales pour les activités pratiquées à haut régime. Exemples : sprint, saut, lancer. *** Pour d’autres exemples, voir la p. 69. Sport Books Publisher

La biopsie musculaire Utilisée pour déterminer le type de fibre musculaire 1. Anesthésie locale par injection dans le muscle. 2. Incision d’approximativement 5-7mm réalisée sous la peau et le fascia du muscle. 3. Un segment de tissu (250-300mg), prélevé grâce à l’aiguille de biopsie, est placé dans un composant OCT. 4. L’échantillon est réfrigéré dans de l’isopentane à -180°C. Sport Books Publisher

Biopsie musculaire Sport Books Publisher

L’histochimie Les échantillons de biopsie sont d’abord découpés en sections (d’une épaisseur de 8-10 μm). Les sections sont traitées pour ce qui est de la myosine ATPase : Fibres à contraction soudaine – riches en myosine ATPase (alcaline labile) Fibres à contraction lente – pauvres en myosine ATPase (acide labile) Les sections sont traitées pour ce qui est d’autres caractéristiques métaboliques. Sport Books Publisher

L’interaction nerf-muscle L’activation du muscle squelettique est stimulée par l’activation neurale. Le système nerveux (SN) est subdivisé en deux parties : le système nerveux central (SNC) et le système nerveux périphérique (SNP). Le SN peut aussi être subdivisé selon ses fonctions : section motrice et section sensorielle. Section sensorielle : collecte les informations venant des différents détecteurs sensoriels dans le corps et transmet ces informations au cerveau. Section motrice : achemine les signaux qui activeront la contraction musculaire. Sport Books Publisher

Activation d’une unité motrice et de ses systèmes innervés p. 71 Activation d’une unité motrice et de ses systèmes innervés 1. Moelle épinière 2. Cytosomes 3. Nerf spinal 4. Nerf moteur 5. Nerf sensitif 6. Muscle et fibres musculaires Sport Books Publisher

L’unité motrice Les nerfs moteurs s’étendent de la colonne vertébrale jusqu’aux fibres musculaires. Chaque fibre est activée par des influx nerveux via sa jonction neuromusculaire. Unité motrice : groupe de fibres activé par un même nerf. Toutes les fibres musculaires d’une même unité motrice sont du même type. Les muscles qui exécutent des mouvements précis présentent un grand nombre d’unités motrices ne comprenant chacune que quelques fibres musculaires. Les mouvements moins précis sont éxécutés par des muscles formés de moins d’unités motrices, mais celles-ci comprennent chacune beaucoup de fibres. Sport Books Publisher

Principe du « tout-ou-rien » L’activation d’une unité motrice par un influx nerveux est générée selon le principe du « tout-ou-rien ». La contraction de toute fibre innervée ne se produit qu’à une certaine amplitude (ou force) d’influx nerveux. Pour chaque unité motrice, un seuil spécifique d’activation doit être atteint. Sport Books Publisher

La coordination intramusculaire La coordination intramusculaire est la capacité d’activer des unités motrices simultanément. Certains athlètes – lutteurs, haltérophiles et lanceurs de poids – sont capables d’activer jusqu’à 85% de leurs fibres musculaires simultanément (sans entraînement : 60%). Le déficit de force : différence entre la force maximale assistée et la force maximale volontaire (avec entraînement : 10%, sans entraînement : 20-35%). Sport Books Publisher

La coordination intramusculaire (suite) Les athlètes entraînés ont non seulement une masse musculaire plus importante que les sportifs non-entraînés, mais ils peuvent aussi mobiliser un plus grand nombre de fibres musculaires. Les athlètes entraînés sont plus rapidement limités lorsqu’ils cherchent à développer leur force en modifiant la coordination intramusculaire. Les athlètes entraînés ne peuvent augmenter leur force qu’en augmentant le diamètre des fibres musculaires. Sport Books Publisher

La coordination intermusculaire L’interaction entre les muscles qui activent le mouvement de contraction (agonistes) et ceux qui sont responsables du mouvement opposé (antagonistes) est appelée la coordination intermusculaire. Plus grande est la participation de groupes de muscles, plus grande est la coordination intermusculaire. Afin que l’entraînement soit bénéfique, les différents groupes de muscles peuvent être entraînés isolément. L’athlète rencontrera certains problèmes si l’entraînement de ses muscles n’est pas équilibré. Sport Books Publisher

La coordination intermusculaire (suite) Un haut niveau de coordination intermusculaire améliore de manière significative la performance athlétique et améliore également le flux, le rythme et la précision du mouvement. Un athlète bien entraîné est capable de transformer sa force potentielle en performance sportive. Sport Books Publisher

L’adaptation du muscle à l’entraînement de la force musculaire L’entraînement de la force musculaire augmente la performance d’un individu grâce à une adaptation biologique qui se manifeste par un accroissement de la force corporelle. Le processus d’adaptation se déclenche à des moments différents pour les systèmes fonctionnels affectés et les procédés physiologiques activés. L’adaptation dépend des niveaux d’intensité atteints durant l’entraînement et de la composition biologique globale de l’athlète. Les enzymes s’adaptent en quelques heures ; l’adaptation de la circulation cardiovasculaire prend 10 à 14 jours. Sport Books Publisher