Production d?ATP pour la contraction musculaire

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Production d?ATP pour la contraction musculaire
L?ATP est nécessaire à la contraction musculaire, pour permettre le détachement des têtes de myosine et pour
actionner les pompes à calcium qui séquestrent l?ion dans le réticulum endoplasmique des cellules musculaires.
L?ATP utilisé à ces fins provient de trois sources : le système créatine phosphate, la glycolyse anaérobie et la
respiration cellulaire.
Réserve d?ATP et créatine-phosphate
Une cellule musculaire renferme une réserve d?ATP d?environ 5mM. Cette réserve peut être rapidement
renouvelée grâce à la réaction biochimique suivante catalysée par l?enzyme créatine kinase :
Créatine-phosphate + ADP ? ATP + Créatine
Les réserves d?ATP de la cellule et le système créatine phosphate permettent aux muscles de travailler pendant les
15 premières secondes d?activité intense. Un sprint de 100 m repose donc essentiellement sur cette source d?ATP.
Glycolyse anaérobie
Les activités musculaires plus longues nécessitent toutefois d?autres sources d?énergie. La glycolyse anaérobie
consiste en la dégradation partielle du glucose sans utilisation d?oxygène. Elle produit peu d?ATP par molécule de
glucose consommée et conduit à l?accumulation d?acide lactique (douleur), mais elle est rapide. C?est donc la
source d?ATP privilégiée pour les activités musculaires intenses ou puissantes. Elle permet de soutenir l?activité
musculaire de 30 à 40 secondes de plus que la source précédente, pour une durée totale de moins d?une minute. La
glycolyse anaérobie s?accomplie à partir du glucose entreposé sous forme de réserve de glycogène musculaire ou
hépatique.
Respiration cellulaire
Lors d?activités musculaires de longue durée, les muscles doivent nécessairement s?approvisionner en ATP par le
biais de la respiration cellulaire. Celle-ci est beaucoup plus complexe, mais on peut résumer en disant qu?il s?agit
de l?oxydation complète, par les mitochondries, de divers substrats énergétiques (glucose et acides gras) en CO2 et
en H2O avec production d?une grande quantité d?ATP. Elle est plus lente et nécessite la présence d?oxygène, mais
elle n?entraîne pas d?accumulation d?acide lactique et elle offre un bon rendement énergétique.
Un autre élément important à considérer au sujet de la respiration cellulaire, c?est qu?elle peut se faire aussi bien à
partir de glucose qu?à partir d?acides gras (et aussi d?acides aminés). D?ailleurs l?oxydation des acides gras
possède un meilleur rendement que celle du glucose; l?oxydation des acides gras est donc la meilleure source
d?énergie pour les cellules musculaires en activité d?endurance.
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Les différents types de fibres musculaires
Les fibres musculaires rouges (oxydatives lentes)
Les fibres musculaires rouges (oxydatives lentes) ont une faible Vmax dû à une enzyme ATPase lente; elles sont
donc peu puissantes. De plus, leur diamètre est petit et elles font partie d?unités motrices à fort ratio d?innervation
(1/10-80); cela signifie qu?un petit nombre de petites fibres musculaires est déclenchées par l?activation d?une
unité motrice. Ces fibres possèdent toutefois une capacité aérobie élevée et ne recours que très peu au métabolisme
anaérobie. Elles doivent ces caractéristiques à une forte vascularisation et une densité élevée de mitochondries. Ce
sont donc des fibres très endurantes; elles se contractent lentement, ne déploient pas une très grande puissance,
mais peuvent se contracter longtemps puisqu?elles puisent l?ATP nécessaire à leur fonctionnement dans le
métabolisme aérobie. Ce dernier, en effet, ne produit pas d?acide lactique et utilise des sources d?énergie variées
comme les glycogènes musculaire et hépatique, les acides gras libres et parfois des acides aminés. Ces fibres
possèdent peu de réserves de glycogène, mais peuvent entreposer d?appréciables quantités de lipides sous forme de
gouttelettes intracellulaires. Les fibres oxydatives lentes sont utilisées pour des activités d?endurance, des
mouvements lents et répétitifs, comme la marche ou la course à basse vitesse.
Les fibres musculaires blanches (glycolytiques rapides)
Les fibres blanches (glycolytiques rapides), au contraire, sont utilisées pour les contractions rapides associées aux
activités intenses et de courte durée. Elles possèdent une ATPase rapide leur conférant une Vmax élevée; leur
réticulum sarcoplasmique est aussi plus développé que celui des rouges, ce qui leur permet d?accélérer le couplage
excitation-contraction. De plus, leur diamètre est grand, et elles appartiennent à des unités motrices à faible ratio
d?innervation (1/300-800). Non seulement chaque fibre blanche est plus puissante qu?une fibre rouge, mais en
plus, la stimulation des unités motrices entraîne la contraction d?un plus grand nombre de fibres. Les fibres
blanches sont donc beaucoup plus puissantes que les fibres rouges. Elles sont toutefois peu endurantes,
puisqu?elles sont peu vascularisées, ne contiennent que peu de mitochondries et n?utilisent pratiquement que de
l?ATP provenant de la créatine kinase et de la glycolyse anaérobie (dégradation du glucose provenant du
glycogène musculaire et hépatique). Cette voie métabolique, comme nous l?avons vu, produit de l?acide lactique et
ne produit que peu d?ATP par molécule de glucose.
Les fibres musculaires roses (oxydatives rapides)
Les muscles contiennent aussi des fibres roses (oxydatives rapides) possédant, en plusieurs aspects, des
caractéristiques intermédiaires. Ainsi en est-il de leur Vmax, de leur diamètre et de leur endurance. Elles possèdent
toutefois des capacités aérobies plus élevées que les blanches. Elles sont donc utilisées pour des mouvements
répétitifs rapides, pour la locomotion soutenue, comme par exemple pour la course sur distance moyenne, la nage
du 400 m ou le vol chez plusieurs oiseaux.
Composition des muscles
En général, les muscles sont composés à 50 % de fibres rouges, 25 % de blanches et 25 % de roses. Le pourcentage
de chaque type n?est toutefois pas le même dans tous les muscles, mais en général, les jambes et les bras d?une
personne ont une composition semblable. Le soleus (mollet) constitue une exception, puisqu?il contient toujours un
fort pourcentage de fibres rouges chez tout le monde.
Dans plusieurs cas, la composition des muscles en différents types de fibres musculaires détermine les capacités de
Les différents types de fibres musculaires
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performance des athlètes. Les athlètes dont les muscles sont riches en fibres rouges sont avantagés en endurance
alors que ceux possédant des muscles riches en blanches ou roses sont mieux adaptés aux épreuves de puissance.
En effet, chez les coureurs de fond, le muscle gastrocnemius est particulièrement riche en fibres rouges et ce tant
chez les hommes que les femmes. Chez les sprinters, au contraire, le même muscle est composé principalement de
fibres blanches. Par contre, même si les nageurs possèdent un pourcentage plus élevé de fibres rouges dans leur
muscle deltoïde postérieur que les gens de la population générale, aucune différence ne peut être mise en évidence
entre les bons nageurs et les nageurs d?élites. Il serait toutefois risqué de sélectionner les athlètes uniquement sur la
base de la composition de leur muscle, puisque d?autres facteurs contribuent au succès d?un athlète, comme les
performances cardiovasculaires, la motivation, l?entraînement, la masse musculaire, etc.
L?entraînement peut amener de petits changements dans les proportions des différentes fibres musculaires, mais le
facteur le plus déterminant est l?hérédité. Ainsi, un sprinter « héréditaire » peut difficilement devenir un
marathonien et vice versa.
Composition des muscles
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