Les_types_de_fibres_musculaires Retour à Physiologie musculaire 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. Production d?ATP pour la contraction musculaire 1 Les_types_de_fibres_musculaires 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 2 Les_types_de_fibres_musculaires 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 3