IV. Architecture musculaire

Propriétés mécaniques du complexe muscle-tendon
(CMT)
I. Introduction :
1. Relation fondamentale in-vivo :
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
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Fibres et/ou tendons isolés
Cadavre (architecture)
Stimulation supramaximale tétanique
2. Relation in-vivo analogue :
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
Complexe muscle-tendon
En situation réelle (c’est-à-dire contraction contre repos)
Stimulation volontaire
3. Différences in-vitro/in-vivo :
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

Influence de la commande nerveuse
Pathologie, vieillissement, entraînement
Biais méthodologiques liés aux études in-vitro
II. Structure et composition musculaire :
1. Organisation macroscopique d’un muscle :
Toute les enveloppe non pas la même fonction :
 La déformation du fascicule = muscle :
o L’épymisium en est l’enveloppe principale.
 Un fascicule comprend entre 10 à 50 fibres :
o Le perimysium est l’enveloppe autours de 2 fascicules :
 La déformation des myofibrilles = une fibre :
o L’endomysium est l’enveloppe autours d’une fibre.
Le rôle du muscle est de générer de la force et de la transmettre.
2. Organisation macroscopique d’une fibre :
2 000 myofibrilles donne une fibre, entourée d’un tissu conjonctif (collagène) : l’endomysium. Les
cellules sont polynuclées. La membrane est électro-chimique (sarcolemme < endomysium).
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3. Le sarcomère :
C’est l’unité fonctionnelle de la myofibrille. Le sarcomère est en série : alternance de bandes claires
(isotrope) et sombres (anisotrope). La déformation des sarcomères (100-400) = une myofibrille.
Chaque myofibrille est entourée par un réticulum sarcoplasmique (transfert du calcium). La longueur
du sarcomère est constante. Plus les fibres musculaires sont longues, plus on est capable de développer
de la vitesse.
4. Organisation du sarcomère :
Entre 2 disques Z :
 Bande H : zone sans recouvrement des filaments fins (actine) et des filaments épais (myosine).
 Bande A : elle à une longueur constante : filament épais.
Le degré de recouvrement dépend de la longueur du muscle.
 Ligne M : liaison des filaments épais.
5. Filament de myosine :
Un filament est composé d’environ 400 molécules de myosine. 50 % des molécules ont les têtes
orientées dans une direction opposée avec une organisation étoilée. Les éléments de la myosine sont
stabilisés par la titine (élément élastique).
6. Filament d’actine :

Ensemble des molécules d’actine g donnent des fibres d’actine f.
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 2 molécules d’actine f donne un filament fin.
Il sert d’ancre aux protéines du disque Z. Une molécule d’actine possède un site de fixation pour les
têtes de myosine.
III.
Modèle mécanique à 3 composantes :
 Composante contractile (CC) :
Son rôle est de générer la force => représente les ponts actines – myosine formés => génrateur de
force IMPARFAIT.
 Composante élastique série (CES) : composée de 2 fraction :
o Une fraction active
o Une fraction passive située dans le tissu conjonctif
La CES est au niveau des ponts actine-myosine et des structures tendineuse. Elle permet la
transmission de force
 Composante élastique parallèle (CEP) : tissu conjonctif, sarcolemme
La CEP se situe au niveau de la titine, sarcolemme, perimysuim elle permet la transmission de force et
la protection
IV. Architecture musculaire :
1. Couple maximal théorique et surface de section
physiologique (PCSA) :
Le couple maximum théorique qu’un muscle peut générer est proportionnel à sa surface de section
physiologique (PCSA) différente de la section anatomique (ACSA) selon l’architecture musculaire.
La force maximale est proportionnelle au nombre de ponts actine/myosine formés et mesurés en
condition isométrique.
La section physiologique du muscle dépend de son architecture.
2 types de muscles :
Les muscles fusiformes : les fibres musculaires sont de la même longueur que le corps musculaire
entier
Les muscles pennés : la longueur d’une fibre est inférieur à la longueur totale du muscle
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Globalement on a beaucoup plus de muscles pennés que de muscles fusiformes. Les muscles pennés
permettent de développer plus de force que les muscles fusiformes.
2. PCSA et angle de pennation :
L’angle de pennation maximalise la surface de section physiologique. En effet plus la contraction
maximale volontaire augmente et plus la surface de section augmente elle aussi.
La surface de section est un faible indicateur de la surface de section physiologique.
La section anatomique (ACSA) d’un muscle représente la surface du muscle prise
perpendiculairement à l’axe longitudinale du muscle
Donc pour un muscle fusiforme, l’ACSA = PCSA
Pour un muscle penné la PCSA = A1 + A2
Plus l’angle de pennation sera important et plus la section physiologique le sera aussi par rapport à la
section anatomique de ce muscle.
La PCSA permet de dire pourquoi un individu est plus fort qu’un autre.
3. Propriété force longueur globale :
4. Propriété force longueur active :
Capacité seul du muscle à générer de la force. On obtient le maximum de force à L0
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C’est-à-dire entre 2 et 2.5 microns sur le schéma ci-dessous. Elle dépend du nombre de ponts actine myosine formés. La longueur optimale d’un muscle correspond à la longueur du muscle pour laquelle
il y a le plus de ponts actine – myosine formés c'est-à-dire L0.
Phase descendante (1) : pas de pont actine - myosine formé donc la force sera faible
Plateau (2,3) : alignement parfait beaucoup de ponts - actine myosine formés donc beaucoup de force
(L0)
Phase ascendante (4,5) : les ponts de myosine sont superposés sur les têtes de myosine donc peu de
force pourra être développé aussi
5. Propriété force longueur passive :
Elle correspond à la propriété élastique du muscle.
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Phase l'amorçage : 0-1,5 % :
o Alignement des fibres de collagène ;
o Glissement inter-fibullaire
o Cisaillement du gel inter-fibullaire.
 Phase linéaire élastique : 1,5 à 4,8 % :
 Phase plastique : 6-8 à 8-10 % :
 Rupture : 8-10 %
L’utilisation physiologique des tendons se situe entre 0 et 4 à 5 %.
6. Relation du couple angle isométrique :
Elle dépend du volume musculaire ainsi que du bras de levier :
 Bras de levier de l’angle articulaire :
La relation couple-angle dépend en plus du bras de levier (d).
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7. Contraction isométrique :
Au cours de la contraction isométrique du CMT :
 Diminution de la longueur du fascicule
 Augmentation de l’angle de pennation
 Augmentation de la longueur de la composante élastique série (tendon)
 Longueur constante du CMT ( complexe muscle tendon)
Fixed end contraction : isométrique => les extrémités du muscle testé ne bougent pas
Fascicule : ensemble de fibres
8. Interaction muscle-tendon in vivo :
La largeur est constante entre les extrémités des deux tendons mais à l’intérieur ça bouge
9. Influence de l’architecture de la courbe F-L :
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=> maximum atteint pour une même valeur de longueur
 la force maximale est identique
 plus de sarcomères et série
10. influence de l’angle de pennation :
L’entraînement joue sur l’angle de pennation
11. Contractions dynamiques :
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
Concentrique : Raccourcissement du CMT ;
Excentrique : Élongation du CMT ;
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 Isotonique : Raccourcissement sous charge constante.
N.B. : Le cycle étirement-détente est composé d’une phase excentrique (amortissement)
Immédiatement suivie d’une phase concentrique
12. Propriété force vitesse isotonique :
Hill (1938) : détermination de la vitesse maximale de raccourcissement.
La procédure : tétanisation et raccourcissement sans charge et avec vitesse constante. Pas de
participation de la CES (Composante Élastique Série).
Test à L0 (même longueur [pas de participation de la CEP]), secteur parcouru limité.
Pas de CES car on attend que la fibre isolée soit étirée au maximum pour relâcher la charge
Lo=longueur optimal=longueur de repos
Un des objectifs de l’entraînement :
Une augmentation de la vitesse de raccourcissement entraîne une diminution de la force.
Vmax dépend de :
 La typologie
 L’activité TPAsique myofibrillaire
 L’architecture
13. Relation force-vitesse : in-vitro contre in-vivo :
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
Le couple in-vivo < couple prédit pour une intensité élevée
Il y a une influence des fatcteurs nerveux.
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On peut modifier la relation en utilisant différemment les mucles
PCSA
Longueur des facicules
Un muscle épais sera plus fort
Mais pas forcément plus rapide
La vitesse sera plus rapide car
il y a plus de sarcomères sollicités
donc vitesse augmente
14. Relation force-vitesse :
Influence de la typologie :
3 types de fibres :
 Type 1 (fibres lentes) ;
 Type 2A (fibres intermédiaires) ;
 Type 2B (fibres rapides).
La typologie modifie la relation force-vitesse
La tension développée est la même pour une fibre rapide que pour une fibre lente. La vitesse de
contraction est plus élevée dans une fibre rapide que dans une fibre lente.
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