Le tissu musculaire Ø Définition : Tissu hautement spécialisé dans la production d’un travail mécanique. Ø Généralités : Le tissu musculaire : - est fait pour l’essentiel de cellules dont la fonction essentielle est la production d’un travail mécanique, indissociable de la production de chaleur, ce travail mécanique est transmis aux structures environnant la cellule musculaire, ceci suppose une étroite coordination de la cellule musculaire et des structures environnantes, - est constitué de fibres dont on distingue 3 variétés : - fibre musculaire striée squelettique : agent de la motricité volontaire, - fibre myocardique : - fibre striée mais organisée spécifiquement, - dont on verra qu’elle fonctionne de façon autonome, - fibre musculaire lisse : - support de la motricité involontaire, - sous la dépendance plus ou moins étroite du SN végétatif, - est d’origine mésodermique, - n’est, stricto sensu, constitué que de fibres musculaires, Remarque : L’organisation du muscle va inclure la participation d’autres tissus notamment conjonctif. Figure 1 : Fibre musculaire © Toute reproduction totale ou partielle sans autorisation écrite est interdite 1 Le tissu musculaire strié squelettique I – La fibre musculaire striée (FMS) ou rhabdomyocyte Ø FMS : - est une grande cellule : - longueur pouvant atteindre 10 à 50 cm, - de forme cylindrique (10-100 µ de diamètre), - a un aspect strié en MO et en ME. A – Les organites classiques Ø FMS : - est composée d’une membrane plasmique, ou sarcolemme : - dont la structure de base est celle de toutes les membranes cellulaires avec cependant des différenciations particulières telles que plaque motrice, points d’ancrage du système contractile à la paroi, etc., - doublée sur son versant extracellulaire d’une lame basale, dont la structure de base est la même que celle de toute lame basale, avec cependant des particularités, notamment de la composition en sous-types de laminine. - contient plusieurs noyaux (souvent plusieurs centaines), refoulés en périphérie, sous la membrane plasmique, - présente dans son cytoplasme : - les organites habituels des cellules : - REL, appareil de Golgi, nombreuses mitochondries, - se répartissent entre les structures contractiles, - des dépôts de glycogène, - d’importantes quantités de myoglobine, qui fixe l’oxygène selon une courbe de dissociation différente de l’hémoglobine, bien que leur structure soit proche (noyau héminique contenant du fer et chaîne polypeptidique), - le cytosquelette : - comprend des microtubules et des filaments intermédiaires de desmine, - relie les structures contractiles à la membrane plasmique, - l’ensemble du cytoplasme hors la partie contractile est appelé sarcoplasme. Figure 2 : Rhabdomyocyte © Toute reproduction totale ou partielle sans autorisation écrite est interdite 2 B – Le système contractile Ø Correspond au myoplasme, occupant la grande majorité de l’espace intracellulaire, et de topographie relativement centrale, Ø Est fait de myofibrilles, Ø En MO, apparaît comme une succession de bandes ou disques sombres A (anisotrope, en lumière polarisée) séparés par des disques ou bandes clairs I (isotropes en lumière polarisée), - bande A : - apparaît comme hétérogène à fort grossissement, - présente en son milieu une bande H plus claire, parcourue en son milieu par la strie M (strie sombre), - bande I : - comprend en son milieu la strie Z (mince trait sombre), Ø L’unité fonctionnelle contractile, ou sarcomère : - se compose d’une bande A et de 2 demi-bandes I adjacents, - est donc limité par 2 stries Z consécutives, - mesure 2,5 µ au repos, Ø En ME : - cette disposition s’explique par l’interpénétration de 2 types de myofilaments : - myofilaments épais de myosine, - myofilaments fins d’actine, associée à de la troponine et à de la tropomyosine, - bande A : correspond au chevauchement : - des myofilaments épais de myosine - des myofilaments fins d’actine, - bande H : correspond à une zone où ne se trouvent que des filaments épais de myosine, - strie M : correspond à une zone de renflement médian de ces filaments épais de myosine, au niveau de laquelle se font des liens entre filaments épais, - bande I : correspond à une zone où ne se trouvent que des filaments fins d’actine, - strie Z : correspond à une interpénétration des filaments fins de 2 sarcomères voisins, qui sont reliés par un système de pont entre les filaments fins de chaque sarcomère, fait d’alphaactinine, - c’est l’extrême régularité de disposition et de position relative de chaque type de filaments qui donne à la fibre son aspect strié, - en coupe, la disposition est extrêmement précise et logique, dans les zones de chevauchement entre filaments épais et filaments fins, la disposition des filament fins se fait de façon hexagonale autour de chaque filament épais, Ø A l’échelle moléculaire, on distingue : - myosine : - forment les filaments épais, - les molécules : - sont disposées tête-bêche, - sont formées de : - 2 chaînes lourdes identiques : qui s’enroulent en torsade et se terminent à une extrémité par une tête de myosine (zone de structure globulaire) qui : - émerge de l’enroulement selon une disposition hélicoïdale, - a une activité ATPasique dépendante de l’actine - 2 paires de chaînes légères : localisées à l’émergence de la zone globulaire, - ces chaînes existent sous différentes isoformes, exprimées de façon variable au cours du développement et d’un muscle à l’autre, ce qui a des répercussions sur le type de contraction que pourra assurer ce muscle (lente ou rapide), © Toute reproduction totale ou partielle sans autorisation écrite est interdite 3 - les molécules de myosine sont rattachées : - entre elles, au niveau de la strie M (à l’opposé des têtes), par des filaments de myomésine et de M-protéine, - à la strie Z par la titine (molécule élastique) qui permet de maintenir un alignement strict, tout en empêchant un étirement excessif du sarcomère, - actine : - constituant principal des filaments fins, - polymère sous forme filamentaire d’unités d’actine qui est par elle-même une protéine globulaire, - faite d’une double hélice, à laquelle s’associent : - la tropomyosine : stabilise la structure, - la troponine : - formée de 3 sous-unités I, C et T, - se dispose en regard des têtes de myosine et qui peut coulisser sur la double hélice d’actine, en fonction de la concentration locale en Ca2+, - il existe enfin des protéines de structure d’importance moindre : - tropomoduline, - nébuline, - les disques Z sont faits de filaments d’alpha-actinine disposés en carré. Figure 3 : Sarcomère © Toute reproduction totale ou partielle sans autorisation écrite est interdite 4 Figure 4 : Actine et myosine Figure 5 : Actine, tropomyosine et troponine © Toute reproduction totale ou partielle sans autorisation écrite est interdite 5 C – Le système canaliculaire 1 – Tubule T Ø La membrane plasmique (sarcolemme) émet, sous la MB, des invaginations dans le cytoplasme appelées tubules T, à hauteur de la jonction entre bandes A et I. 2 – Le réticulum sarcoplasmique (RS) Ø Le réticulum sarcoplasmique (REL) : - est très développé, - forme un réseau grillagé autour des myofibrilles, avec un renflement appelé citerne terminale à la hauteur A-I. 3 – La triade Ø L’extrémité du tubule T et les 2 citernes adjacentes forment la triade, Ø Ce système permet un flux rapide de calcium jusqu’au contact des myofilaments. Figure 6 : Triade (tubule T et réticulum sarcoplasmique) © Toute reproduction totale ou partielle sans autorisation écrite est interdite 6 D – La liaison du système contractile à la lame basale et/ou à la MEC Ø Elle se fait de 2 façons : 1 – par un complexe faisant intervenir la dystrophine : - protéine sarcoplasmique située sous la membrane plasmique, - se lie : - d’une part : - à l’actine sous-sarcolemmique, - et aux syntrophines (protéines intracytoplasmiques sous-sarcolemmiques), - d’autre part à un complexe protéique comprenant : - 5 glycoprotéines transmembranaires (dont la sous-unité ß du dystroglycane et l’adhaline) - et d’une protéine extracellulaire, la sous-unité α du dystroglycane qui se lie à la laminine de la lame basale (ou plus précisément la laminine 2 dont la chaîne alpha-2 est la mérosine), - d’autres protéines remplissent les mêmes fonctions au niveau de la jonction neuromusculaire, Figure 7 : Dystrophine © Toute reproduction totale ou partielle sans autorisation écrite est interdite 7 2 – par le complexe taline-vinculine-intégrine (« costamère » ou « point focal d’adhérence ») : Latéralement, dans la cellule, le lien se fait avec l’actine par une association au niveau de la strie Z de multiples protéines (vinculine, taline notamment et α-actinine) se liant à une intégrine, récepteur de la fibronectine et faisant le lien avec la MEC. Figure 8 : Complexe taline – vinculine – intégrine Ø Différentes myopathies s’expliquent d’un point de vue moléculaire par une mutation de gène codant pour l’une de ces protéines. L’une des mieux connues, la myopathie de Duchenne, est due à une mutation du gène de la dystrophine. Ce gène est porté par le chromosome X. La maladie se transmet donc sur le même mode que l’hémophilie, transmise par les femmes, mais ne touchant que les hommes. E – La jonction neuromusculaire (ou plaque motrice) Ø Il s’agit d’une différenciation du sarcolemme en regard de la terminaison nerveuse, Ø La structure des synapses comporte : - le bouton terminal de l’axone : - issu d’un motoneurone alpha dans la fibre striée type, - l’axone est entouré d’une cellule de Schwann elle-même entourée d’une lame basale, qui sera en continuité avec la lame basale de la fibre musculaire, - la fente synaptique dite primaire qui n’est pas vide mais occupée par des molécules identiques à certains des constituants de la lame basale, Ø La membrane plasmique de la fibre musculaire forme à ce niveau une gouttière creusée de multiples invaginations parallèles formant les fentes synaptiques secondaires, © Toute reproduction totale ou partielle sans autorisation écrite est interdite 8 Ø Mécanisme : - lors de l’arrivée de l’influx nerveux au niveau du bouton synaptique, une grande quantité d’acétylcholine va être libérée dans la fente, - l’acétylcholine va se fixer sur son récepteur spécifique sur le sarcolemme et entraîner l’ouverture de canaux ligands-dépendants, - il se crée ainsi un potentiel d’action musculaire qui se transmet à l'ensemble de la membrane de la fibre musculaire stimulant ainsi la triade, les citernes sarcoplasmiques libèrent alors des ions calcium provoquant la contraction musculaire, Ø Dans le sarcoplasme situé sous la plaque motrice on décrit une modification de la répartition des différents constituants cytoplasmiques. Figure 9 : Plaque motrice © Toute reproduction totale ou partielle sans autorisation écrite est interdite 9 II – Les différents types de fibres musculaires striées A – Les cellules extrafusales Ø Elles représentent la majorité des fibres, Ø On distingue 2 types de fibres : - fibre de type I : - présentes dans les muscles dits rouges, - sont riches en myoglobine, en mitochondries, en enzymes oxydatives, - donnent une contraction lente mais soutenue, - correspondent aux muscles posturaux, - fibres de type II : - donnent une contraction rapide mais fatigables, - sont riches en ATPase et en glycogène, Ø Le type est régulé notamment par le type d’innervation, une unité motrice (c’est à dire l’ensemble des fibres innervées par un même motoneurone) ne contient qu’un seul type de FMS. B – Les cellules satellites Ø Sont : - sous la basale, plaquées contre la FMSS, - de petites cellules quiescentes, possédant 1 seul noyau et un cytoplasme très réduit, - des cellules à partir desquelles le muscle peut se régénérer, Ø Mécanisme : en cas de lésion d’une FMSS, les cellules satellites vont se multiplier, les cellules adjacentes vont fusionner pour former des myotubes, qui en s’allongeant progressivement permettront de reformer une FMSS complète. Remarque : Elles peuvent être utilisées en thérapeutique pour réparer des tissus musculaires lésés, notamment lors d'un infarctus du myocarde aigu (dépourvu de cellules satellites). C – Les cellules intrafusales Ø Constituent le fuseau neuromusculaire qui : - est un récepteur permettant d’évaluer le degré d’étirement du muscle, - est orienté dans le même sens que le muscle lui-même, - se compose de cellules musculaires intrafusales qui : - sont des FMS particulières, innervées par des voies afférentes et efférentes, - sont au maximum une dizaine, - sont de 2 types : - à chaîne nucléaire avec des noyaux centraux en file, - à sac nucléaire, renflées en leur milieu où sont accumulés les noyaux, - sont contractiles, mais leur travail moteur est négligeable, - les efférences motrices proviennent de motoneurones gamma (corne antérieure ME) qui : - sont régulés de façon inconsciente par le tronc cérébral, - assurent un certain degré de tonus au fuseau. - les afférences sensitives : - sont assurées par des neurones dont le corps cellulaire se trouve dans les ganglions rachidiens, - ces terminaisons sensitives s’enroulent comme un ressort autour des fibres intrafusales, leur degré d’étirement permet d’informer le SNC sur le degré d’étirement du muscle, - est entouré d’une capsule conjonctive propre, Ø L’organe myo-tendineux de Golgi, structure proche du fuseau neuromusculaire se trouve dans les tendons. © Toute reproduction totale ou partielle sans autorisation écrite est interdite 10 Figure 10 : Cellules à chaine nucléaire et à sac nucléaire III – Organisation du muscle strié squelettique : Schéma de l'organisation du muscle Ø Si l’on étudie un muscle à des grossissements successifs, on voit, en partant des fibres : - lame basale : autour des fibres, - endomysium : TC lâche contenant les terminaisons nerveuses et les capillaires, - périmysium : - TC dense où cheminent vaisseaux et nerfs, - délimite des faisceaux au sein du muscle, - une mince zone de TC lâche, - épimysium : - enveloppe externe conjonctive, - TC dense qui peut être entouré d’une aponévrose (pour les masses musculaires les plus volumineuses) qui est une structure de type TC orienté disposé en plusieurs couches, Ø Les FMS les plus longues peuvent avoir la même longueur que le muscle, d’autres, plus courtes, s’articulent avec le conjonctif de l’endomysium, L’extrémité du muscle se prolonge par les tendons qui sont faits d’un TC dense unitendu, les fibres de collagène très compactes s’articulant avec la lame basale qui entoure les FMSS, Ø La vascularisation est : - abondante, - fonction de l’importance du travail musculaire, Ø L’innervation motrice provient de la corne antérieure de la ME, à partir des : - motoneurones alpha pour les FMS extrafusales, - motoneurones gamma pour les FMS intrafusales, Chaque neurone innerve plusieurs FMS. © Toute reproduction totale ou partielle sans autorisation écrite est interdite 11 Figure 11 : Muscle strié squelettique © Toute reproduction totale ou partielle sans autorisation écrite est interdite 12 Le tissu musculaire cardiaque Ø Possède un certain nombre de particularités structurales qui sont corrélées à la fonction particulière du cœur qui a un fonctionnement permanent dépensant une énergie importante et absolument vital, Ø Les cellules musculaires de base du myocarde ont des fonctions contractiles essentielles, toutefois, elles assurent aussi, à travers des cellules myocardiques modifiées, 2 autres rôles : sécrétion endocrine et genèse d’un rythme cardiaque autonome. I – Différents types cellulaires A – Le cardiomyocyte contractile 1 – En MO Ø Fibre striée de forme différente de la FMS squelettique, Ø Forment des réseaux tridimensionnels complexes, formés d’une associations de fibres myocardiques faites de cardiomyocytes alignés, Ø Caractéristiques : - cylindre bifurqué entourée d’une lame basale, - noyau unique et central, - nombreux organites dans la zone périnucléaire, - jonction entre cellule : - est nettement visible, - appelée stries scalariformes formées de lignes transversales et longitudinales, - ne se divise pas, Ø Pas de cellule satellite (injection de cellules satellites de MSS en cas d’infarctus myocardique). 2 – En ME Ø Caractéristiques : - Myofibrilles sont organisés en sarcomères, de composition et de disposition quasiment identique à ce que l’on voit dans le MSS - tubules T localisés à la hauteur de la strie Z, - pas de citerne terminale donc pas de triade, mais un rapport direct des tubules T avec le RE, formant des diades, - beaucoup de grains de lipofuscine et de glycogène, - mitochondries abondantes, - stries scalariformes : - présentent 2 parties : - partie transversale : - perpendiculaire à l’axe des myofibrilles, - avec zonula adherens et desmosomes, - partie latérale : - perpendiculaire à l’axe des myofibrilles, - avec jonctions communicantes et desmosomes, - se disposent au niveau des stries Z pour permettre une actions couplée des sarcomères, - assurent ainsi un double rôle : - transmission des forces mécaniques gâce au zonula adherens, - couplage électrophysiologique et contraction synchronisée des cardiomyocytes grâce aux jonctions communicantes. © Toute reproduction totale ou partielle sans autorisation écrite est interdite 13 Figure 12 : Cardiomyocyte B – Les cellules myoendocrines Ø Ce sont des cellules plus petites ne contenant pas de tubule T, Ø Sont principalement localisées dans les oreillettes et surtout l’oreillette droite, Ø Ont une différenciation endocrine nette et contiennent des grains de sécrétion à contenu hormonal de nature peptidique (PAN = peptique atrial natriurétique) sécrété sous l’effet de la distension auriculaire. C – Les cellules cardionectrices Ø Sont responsables de la création du rythme cardiaque spontané et de sa transmission, Ø Le tissu cardionecteur se répartit de façon hiérarchique entre : - le nœud sinusal (ou sino-auriculaire), - le nœud atrio-ventriculaire, - le faisceau de His, - le réseau de Purkinje, Ø On distingue différents types de cellules nodales : - cellules nodales des nœuds sinusal et atrio-ventriculaire, et du faisceau de His : - cardiomyocytes très modifiés, ayant perdu la plus grande partie de leur matériel contractile, - cellules de petite taille et fusiformes, - ne possèdent pas de strie scalariforme, - cellules nodales du réseau de Purkinje : - cellules de grande taille contenant beaucoup de mitochondries et de glycogène mais encore peu de myofibrilles, - ont de nombreuses jonctions, bien qu’elles ne possèdent pas de strie scalariforme, - les cellules les plus distales ont une morphologie qui se rapprochent progressivement de celle des cardiomyocytes contractiles, avec lesquels elles vont finir par s’articuler. © Toute reproduction totale ou partielle sans autorisation écrite est interdite 14 Figure 13 : Tissu nodal II – Organisation du tissu myocardique Ø Les cardiomyocytes contractiles forment un réseau tridimensionnel, Ø L’espace laissé libre entre les cellules contractiles est occupé par du TC lâche, Ø La partie contractile et la partie cardionectrice sont séparées par du TC dense, Ø Les éléments cardionecteurs cheminent à la frontière entre endocarde (zone la plus interne du cœur) et myocarde, Ø Vascularisation : - abondante, - de type terminal (chaque artériole est responsable de la vascularisation d’un secteur, sans suppléance possible). Figure 14 : Parois et enveloppes du cœur © Toute reproduction totale ou partielle sans autorisation écrite est interdite 15 Le tissu musculaire lisse Ø FML : - agent de la contraction involontaire, - se retrouve notamment dans la paroi des viscères et de vaisseaux. I – Les fibres musculaires lisses ou leïomyocyte A – Description Ø FML : - a un aspect fusiforme de 20-200 µ de long, - entouré d’une lame basale, - noyau central unique, - les organites cytoplasmiques sont regroupés aux 2 pôles du noyau, - possède des myofilaments d’actine et de myosine : - occupent la majeure partie du cytoplasme, - sont allongés selon le grand axe de la cellule, - ne forment pas de sarcomère, - chaque myofilament épais de myosine est entouré de 12 à 15 myofilaments fins d’actine, - les filaments s’attachent à la membrane plasmique via des corps denses constituées d’alpha-actinine sous-membranaires (s’attachent aussi des filaments intermédiaires de desmine et de vimentine), - ne présente pas de troponine, - contient peu de myoglobine. - peuvent en outre avoir entre elles de nombreuses jonctions communicantes, où la basale disparaît, le nombre de ces jonctions est directement corrélé à la synchronisation des contractions, qui peut avoir une signification physiologique : - pendant la grossesse : peu de jonctions communicantes entre les FML de l’utérus, 9 contraction asynchrone, 9 utérus ne se contracte pas en masse, - en fin de grossesse : nombreuses jonctions communicantes 9 contraction en masse en est facilitée, 9 provoque accouchement, - sécrètent une part importante de la MEC qui les entoure, à l’exception de l’acide hyaluronique. © Toute reproduction totale ou partielle sans autorisation écrite est interdite 16 Figure 15 : Cellules musculaires lisses B – Liaison à la membrane basale et à la MEC Ø 2 grandes zones au niveau de la membrane plasmique permettent le lien entre le cytoplasme et la MEC : - plaques d’adhérence : - équivalent des costamères, - accrochent les filaments d’actine à la paroi, et les relient à des intégrines, qui se lient notamment à la fibronectine, elle-même reliée à la MEC, - zones cavéolaires : - situées entre les plaques d’adhérence, - contiennent notamment de la cavéoline qui est reliée à la dystrophine et à une série de molécules associées, - complexe transmembranaire capable de lier la laminine et donc la lame basale. Figure 16 : Cavéoles © Toute reproduction totale ou partielle sans autorisation écrite est interdite 17 II – La contraction musculaire Ø La contraction est plus lente que pour la fibre striée squelettique. La troponine absente est remplacée par la calmoduline dans la prise en charge du calcium cytoplasmique (rôle de la calmoduline dans l'activation de l'activité ATPasique des têtes de myosine), Ø Le muscle lisse est innervé par des fibres nerveuses végétatives. III – Les différents types de fibres musculaires lisses A – FML type Ø La FML type décrit ci-dessus, Ø Correspond aux FML des viscères. B – FML des parois vasculaires Ø Ont des particularités phénotypiques, Ø On distingue les péricytes, qui ont des marqueurs communs, mais sont limités à la paroi de certains capillaires (régulation du diamètre). C – Cellules myoépithéliales Ø Voir glandes exocrines. Ø Au niveau des acini (expulsion du contenu muqueux ou séromuqueux). D – Cellules myoépithélioïdes Ø Appareil juxtaglomérulaire du rein : sécrétion d’angiotensine. E – Myofibroblaste Ø Cellule mobile permettant la cicatrisation (voir TC), Ø Il semble en fait exister une sorte de continuum entre FML et fibroblaste, qui ont une origine embryologique commune. IV – Les différents types de muscles lisses A – FML isolées (ou unitaires) Ø Sont présentes dans la capsule conjonctive des organes tels que la rate (capables de contraction), le TC (notamment du scrotum) ou le mamelon. © Toute reproduction totale ou partielle sans autorisation écrite est interdite 18 B – FML en couches concentriques Ø Disposition la plus courante, Ø Il s’agit d’une superposition de couches d’orientation complémentaire joue ainsi sur le calibre de la lumière et la longueur des différents segments, ce qui aide la progression du contenu, Ø Exemple : TD avec le plus souvent une couche circulaire, autour de la lumière, entourée d’une couche longitudinale, organisée parallèlement à l’axe de la lumière. C – Les muscles organisés Ø Rares, Ø Se retrouvent au niveau du muscle arrecteur du poil, l'iris, les muscles ciliaires. D – Propagation de l'influx Ø Innervation se fait par le système nerveux végétatif, Ø Il n’y a pas de plaque motrice, la lame basale s’interpose entre l’extrémité de l’axone et la FML, Ø La propagation de l'influx entre les différentes FML peut se faire de 2 façons : - FML unitaires : - FML à FML, - formation d'une chaîne de cellules musculaires lisses (jonctions communicantes), - contraction en vague (onde péristaltique). - FML multi-unitaires : - chaque FML reçoit une innervation avec une dilatation de l'axone en regard de chaque FML, - contraction en bloc (synchronisation). Figure 17 : Propagation de l’influx © Toute reproduction totale ou partielle sans autorisation écrite est interdite 19