Muscle, Myographie
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Muscle, Myographie Compte rendu de T.P. © 2009 – Tous droits réservés. 2 Sommaire 1. Introduction. ...................................................................................................................................... 1.1. 2. 3. 4. Mécanisme de la contraction musculaire. .................................................................................. Matériel et méthode. ......................................................................................................................... 2.1. Matériel. ...................................................................................................................................... 2.2. Méthode. ..................................................................................................................................... Résultats expérimentaux. ................................................................................................................. 3.1. Etude de la secousse musculaire simple. (cf. courbe 1) ............................................................. 3.2. Etude de la réponse à un double choc. (cf. courbe 2) ................................................................. 3.3. Etude de la réponse en tétanos imparfait. (cf. courbe 3) ........................................................... 3.4. Etude de la réponse en tétanos parfait et fatigue. (cf. courbe 4) ............................................... Rapport tension mesurée et force développée par le muscle............................................................ 4.1. Etalonnage du capteur de force. (cf. courbe 5) .......................................................................... 4.2. Force développée par le muscle. ................................................................................................ 5. Conclusion. ........................................................................................................................................ 6. Références bibliographiques.............................................................................................................. 7. Annexes. ............................................................................................................................................ Annexe 1 : Organisation des sarcomères et myofilaments. ........................................................ 7.2. Annexe 2 : Anatomie de la grenouille. ........................................................................................ M u s c l e , M yo gr ap h i e 7.1. 3 1. Introduction. Ce TP permet l'étude de l'activité mécanique du muscle gastrocnémien de la grenouille en stim sciatique (moteur) afin d'observer les différentes réponses du muscle. Nous étudierons la contraction du muscle gastrocnémien (développement d’une force sans changement de longueur). Un muscle est un ensemble de fibres musculaires disposées parallèlement les unes aux autres sont composées de sarcomères qui sont les unités fonctionnelles de base de la contraction. Les sarco mêmes composés de filaments fins d’actine interagissant avec des filaments épais de myosine ; ces permettent le raccourcissement du sarcomère et donc la contraction musculaire. Lorsque le muscle n contracté il y a un recouvrement des sites de liaison à la myosine sur les filaments d’actine par la tro annexe 1 : structure des sarcomères et des filaments contractiles). 1.1.Mécanisme de la contraction musculaire. Dans un premier temps pour qu’il y ait contraction musculaire il faut qu’il y ait genèse d’un pot à partir d’un motoneurone (ou dans le cas du TP d’un stimulateur). Le potentiel d’action se propage e de l’axone jusqu'à la plaque motrice (synapse neuromusculaire) où il y a décharge d’acétylcholine. L’acétylcholine se fixe alors à ses récepteurssur la membranesarcoplasmique (récepteurs de type + nicotiniques) provoquant ainsi l’ouverture des canaux sodiques (entrée ). Le sodium de Na entrant dans les fibres musculaires provoque une dépolarisation (potentiel de plaque motrice) formant un potentiel d’action ++ le long des fibres jusqu’aux tubules transverses où il y a libération par le réticulum de Ca sarcoplasmique. ++ Figure 1 : Cycle de liaison de la myosine à l’actine. (In Eckert Physiologie animale, 1999, p.359) M u s c l e , M yo gr ap h i e Le calcium libéré se fixe à la sous unité C de la troponine (4) ions ce qui Capermet un changement de conformation du filament d’actine libérant le site de fixation à la myosine. Il peut alors se créer des p entre filaments d’actine et têtes de myosine. Pour former ces ponts la myosine se lie avec une moléc qu’elle hydrolyse ensuite en ADP (restant fixé a la myosine) et en Pi (phosphate inorganique) ; myosin l’actine pour former de l’actomyosine-ADP ce complexe ne se dissociera qu’en présence d’une nouve d’ATP pour redonner de la myosine-ATP et de l’actine. C’est ce cycle de fixation-relâchement de la my qui permet le raccourcissement des sarcomères ; il continue aussi longtemps que le site de fixation à démasqué. C’est le basculement des têtes de myosine sur l’actine qui serait à l’origine de la force (Ec p.359). La contraction s’arrête lorsque la membrane de la fibre musculaire revient à son potentiel de re calcium ne peut plus sortir du réticulum sarcoplasmique et est recapturé par des pompes à Ca++ hyd l’ATP. Le calcium n’interagit plus avec la troponine C ce qui provoque la séquestration des zones de fi myosine sur l’actine. 4 . 2. Matériel et méthode 2.1. Matériel. Grenouille décérébrée et démédullée, dont on a dégagé le nerf sciatique au niveau de la annexe 2 : anatomie de la grenouille) et dont le muscle gastrocnémien est détaché du tendon d’Achil Matériel d'acquisition ESAO et logiciel correspondant. Capteur myographe, stimulateur et amplificateur Harvard. 2.2. Méthode. Le muscle gastrocnémien est mis en tension après être fixé sur le capteur de force, afin de récr musculaire nécessaire à la contraction (de l’ordre de 3 à 5 grammes). Les électrodes de stimulation sont placées de telle manière à ce que la borne positive soit la pl muscle afin de ne pas gêner les enregistrements en créant une hyperpolarisation sous l’électrode pos empêcherait le passage de la dépolarisation, nous serions donc obligés d’augmenter la tension afin d recrutement de la totalité des axones présents dans le nerf. 3. Résultats expérimentaux. 3.1. Etude de la secousse musculaire simple. (cf. courbe 1) On stimule le nerf au coup par coup afin d’observer la réponse du muscle. Cette partie permet l’intensité maximale de stimulation, donnant une réponse maximale avec recrutement de toutes les u La réponse musculaire est caractérisée par une courbe en cloche avec une période de latence moment de stimulation et la contraction du muscle ; une phase de contraction rapide et progressive relâchement lent. Calculs sur la courbe : Temps de latence : 13,8 millisecondes. Temps de contraction : 76,5 millisecondes. Intensité de la contraction : 268 millivolts (Voir le §4 pour l’interprétation de la force à voltage mesuré.). Temps de demi-relâchement (à la moitié de l’intensité maximale) : 153,7 millisecond Interprétation : Le temps de latence : La phase de contraction : Elle correspond au raccourcissement des sarcomères (cf. 1. Introduction). M u s c l e , M yo gr ap h i e Il correspond au temps de genèse du potentiel d’action par le nerf, de la propagation de ce pot jusqu'à la plaque motrice et de la libération et la fixation d’acétylcholine sur les récepteurs nicotiniqu + musculaires ; il y a ouverture des canaux sodiques, entrée générant de Naun potentiel de plaque motrice puis u potentiel d’action se propageant le long de la fibre musculaire jusqu’aux tubules T pour permettre la ++ Ca par le réticulum sarcoplasmique. 5 On obtient une courbe en cloche alors que si on s’en tenait aux simples mécanismes moléculai devrions obtenir une courbe plus carrée du type créneau. On peut expliquer ce phénomène de « résis contraction et au relâchement par le modèle mécanique de Hill (Eckert, 1999, p. 360). Figure 2 : Modèle mécanique de Hill. (In Eckert Physiologie animale, 1999 , p. 375) Le modèlede Hill placeles sarcomères (composante contractile) en parallèleet en série avec des composantes élastiques (tendons, fascia, tissus conjonctifs). Les composantes élastiques doivent être la contraction ce qui provoque une contraction progressive du fait de la résistance qu’elles opposent La phase de relâchement : ++ Le relâchement musculaire intervient lors de la recapturedans du Ca le réticulum sarcoplasmique qui provoque le détachement des têtes de myosine des filaments d’actine. Dans cette phase, comme da contraction,si on s’en tient aux mécanismes moléculaires, le relâchement devraitêtre rapidedu fait du ++ détachement rapide de la myosine en l’absence . Onde constate Ca que cette phase est lente et très progressi fait de la composante élastique précédemment étirée qui met du temps pour revenir à son état initia Remarques sur l’expérimentation : Lors de l’expérimentation nous devions chercher l’intensité maximale de stimulation or notre m tout de suite à l’intensité maximale de stimulation nous recrutons toutes les fibres nerveuses présent nous n’avons pas obtenu d’« effet dose » en baissant ou en augmentant la stimulation, soit il y avait soit il n’y avait pas de stimulation. 3.2. Etude de la réponse à un double choc. (cf. courbe 2) M u s c l e , M yo gr ap h i e Pour cette étude nous avons réalisé des doubles chocs à des intervalles de 60 ms, 80 ms et 10 A 100 ms d’intervalle, on obtient une courbe à 2 bosses dont la seconde phase de contraction légèrement plus intense que la première. A 80 ms d’intervalle, la courbe est semblable à celle de 100 ms mais l’incisure est plus marqué phase de contraction est bien plus intense que la première. Nous obtenons des courbes à deux phases contractiles car le muscle n’est pas totalement relâ seconde stimulation, les sarcomères se raccourcissent d’avantage et la contraction s’intensifie. Les s musculaires sont sommables dans le temps (Beaumont et al., 2004, p. 424). 6 A 60 ms d’intervalle, on obtient une seule réponse du muscle, les deux stimulations étant très dans le temps. Le muscle n’est pas relâché lors de la seconde stimulation ce qui provoque une intens contraction. Calculs sur la courbe de la réponse à un double choc a 80 ms d’intervalle : Intensité de la première contraction : 143 millivolts. Intensité de la seconde contraction : 206 millivolts. Voir le §4 pour l’interprétation de la force à partir du voltage mesuré. 3.3. Etude de la réponse en tétanos imparfait. (cf. courbe 3) Pour obtenir ce type de réponse il faut stimuler en continu le nerf sciatique et ce à une fréquen 10 Hertz. L’enregistrement obtenu montre un plateau denté ayant une intensité croissante puis se sta intensité maximale. On obtient ce type de réponse du fait qu’on ne laisse pas le temps au muscle de se relâcher, la n’étant pas très élevée le muscle a le temps de débuter son relâchement mais il est vite restimulé ce plateau denté, le raccourcissement des sarcomères devient de plus en plus important jusqu'à un max explique la phase quasi horizontale du plateau (Eckert, 1999, p. 376). 3.4. Etude de la réponse en tétanos parfait et fatigue. (cf. courbe 4) Cette réponse est obtenue comme le tétanos imparfait mais en stimulant à une fréquence plus d’environ 30 Hertz. On enregistre une courbe présentant un plateau lisse puis une pente décroissante de la stimulation dite phase de fatigue. C’est une fusion de secousses musculaires car le muscle est stimulé en continu et n’a pas le te relâcher, les sarcomères se contractent jusqu'à leur maximum durant la phase de plateau. On peut a force maximale produite par le muscle (Eckert, 1999, p. 376). Suit ensuite une phase de fatigue, qui est un processus multifactoriel, dont tous les facteurs n’ été élucidés ; mais elle correspond à l’épuisement des réserves énergétiques, à l’accumulation de pro métabolisme (acide lactique) à une baisse du pH. Les mécanismes moléculaires de la fatigue sont pri baisse des gradients ioniques de part et d’autre de la membrane ralentissant la propagation des pote (Beaumont et al., 2004, p. 424). Calculs sur la courbe : Voir le §4 pour l’interprétation de la force à partir du voltage mesuré. 4. Rapport tension mesurée et force développée par le muscle. 4.1. Etalonnage du capteur de force. (cf. courbe 5) M u s c l e , M yo gr ap h i e Intensité maximale de contraction : 370,5 millivolts. Afin de procéder à la conversion entre la tension mesurée et la force développée par le muscle fait un étalonnage du capteur de force avec différents poids (5, 10, 20 et 50 grammes) afin d’obtenir d’étalonnage. En reportant la tension nous obtenons le poids correspondant que nous multiplions par de la pesanteur (9,81²)m.s pour obtenir la force développée. 7 Poids (g) V mesuré (mV) 0 0 5 80 10 160 20 310 50 730 Tableau 1 : valeurs de la courbe d’étalonnage. Suite à la courbe d’étalonnage nous procédons à la régression linéaire (avec l’aide d’Excel) ce ∆V = 14,77 ∆V/14,77. permet d’établir l’équation de la droite : x poids soit poids = Préalablement à la coupure du tendon d’Achille nous avons mesuré le muscle gastrocnémien d grenouille : - longueur : 2,4 cm - diamètre : 0,7 cm 4.2. Force développée par le muscle. Cas de la secousse musculaire simple : ∆V = 268 mV soit 18,14 g -3 Force : 18,14 x 10 x 9,81 = 0,178 N -1 Force par unité de longueur : F / L = 0,178 / 2,4 = 0,074 N.cm Force par unité de surface : F / S = F / π x r² = 0,178 / 3,14 x 0,1225 ² = 0,46 N.cm -3 Force par unité de volume : F / S x L = 0,178 / 3,14 x 0,1225 x 2,4 = 0,19 N.cm Ayant défini la masse volumique du muscle comme étant la même que l’eau (le muscle conten -1 % d’eau) la force par unité de masse est la même que la force par unité de volume . soit 0,19 N.g Première stimulation : o ∆V = 143 mV soit 9,68 g o Force = 0,094 N Seconde stimulation : o ∆V = 206 mV soit 13,95 g o Force = 0,136 N De même pour l’étude du tétanos parfait (force maximale développée par le muscle) : ∆V = 370,5 mV soit 25,1 g Force = 0,246 N -1 Force par unité de longueur = 0,11 N.cm Force par unité de surface = 0,64 ² N.cm -3 Force par unité de volume = 0,266 N.cm -1 Soit force par unité de masse = 0.266 N.g 5. Conclusion. M u s c l e , M yo gr ap h i e De même pour l’étude du double choc : 8 D'après nos résultats de force maximale développée par le muscle (0,246 N) on constate que n développe une force plus faible que celle donnée en référence (0,4 à 0,5 N). Pour réaliser les calculs de force nous avons émis plusieurs approximations : en premier lieu no considéré le muscle comme un cylindre de longueur L et de diamètre d. en second lieu nous avons ap masse volumique du muscle à celle de l'eau. Ces résultats peuvent être expliqués par le fait que notre grenouille était de petite taille, nous a également pu léser le nerf lors de la dissection. 6. Références bibliographiques ème Biologie physiologieanimale 2 BEAUMONT A., CASSIER P., TRUCHOT J-P., DAUCA M. ;et DUNOD ; Paris, France ; 2004. édition ; ECKERT R., RANDALL D., BURGGREN W., FRENCH K. ; Physiologie animale mécanismes et adapt M u s c l e , M yo gr ap h i e Boeck Université ; Paris, France ; 1999. 9 7. Annexes. 7.1. Annexe 1 : Organisation des sarcomères et myofilaments. Figure 3 : structure d’un sarcomère de muscle strié squelettique. (In Eckert Physiologie animale, 1999, p. 352) Figure 4 : Mécanisme de révélation des sites de fixation de la myosine sur l’actine. M u s c l e , M yo gr ap h i e Tp : tropomyosine ; T, C et I : sous unités de la troponine ; Act : actine. La zone noire sur l’actine correspond au site de fixation de la myosine (In Beaumont et al., biologie et physiologie animale, 2004, p. 420) 10 7.2. Annexe 2 : Anatomie de la grenouille. Muscle Gastrocnémien Figure 5 : vue ventrale des pattes de grenouille (peau réséquée) Muscle Gastrocnémien Figure 6 : vue du passage du nerf sciatique au niveau de la cuisse (endroit de stimulation) (http://www.foch.fr/medias/fichiers/dissection_des_pattes_de_grenouille.pdf) M u s c l e , M yo gr ap h i e Tendon (2) : tendon d’Achille (http://www.foch.fr/medias/fichiers/dissection_des_pattes_de_grenouille.pdf)
