Physiologie du muscle

I. PHYSIOLOGIE DU MUSCLE
A. LA CONSTITUTION DU MUSCLE
1. La fibre musculaire Flam p 35
a) Vue d’ensemble
Le muscle est constitué en faisceaux de milliers de fibres musculaires dans une enveloppe
fibreuse externe, l’épimysium. Il se termine par le tendon (qui s’attache aux os).
Fibre musculaire : désigne la cellule entière (terme préférable : cellule musculaire)
Les fibres musculaires se rassemblent en grands faisceaux et chaque faisceau est entouré du
périmysium. (couche de fibroblastes produisant du collagène)
Les fibres musculaires sont maintenues solidement par du tissu conjonctif, l’endomysium.
Le muscle est vascularisé par des artères et de veines qui de divisent en artérioles et en veinules.
Il y a également des fibres nerveuses qui émettent des ramifications vers les faisceaux et
commandent la contraction.
Dans un muscle squelettique, les cellules ont un aspect allongé, parallèles entre elles et sont
striées en microscopie optique. Les stries correspondent à l’organisation des protéines
contractiles.
Chacune reçoit au moins une terminaison nerveuse (plaque motrice)
(= fibre musculaire). elles sont disposées parallèlement.
Les cellules musculaires sont soumises à des divisions non mitotiques qui aboutissent à des
cellules géantes.
b) Constitution de la cellule :
La membrane (sarcolemme) présente très régulièrement des invaginations les tubules en T
(transverses)
La striation est due aux myofibrilles. Elles sont constituées de 2 éléments :
périmysium
épimysium
tendon endomysium
bande I bandeA
bandeH strie Z
tubule Ttriade

 actine : filaments fins. Ils se rattachent à hauteur des tubules transverses, formant les stries
Z.
 myosine : filaments épais alternant avec les filaments fins.
leur interaction va faire apparaître la contraction.
Cette alternance fait naître des zones plus ou moins claires et sombres en MO :
 bande A : bande opaque : filaments de myosine.
 bande H : partie centrale de la bande A un peu plus claire : région sans actine autour de la
myosine.
 bande I : intervalle entre deux bandes A. Elle est divisée par le disque Z qui correspond au
niveau des tubules transverses.
Le reticulum endoplasmique (appelé ici sarcoplasmique) des cellules striées est très abondant,
avec des expansions de part et d’autre des tubules transverses, les citernes.
Dans le muscle squelettique, un tubule transverse est associé à 2 citernes formant une structure à
3 éléments caractéristiques du muscle squelettique : la triade.
Dans le myocarde, une citerne pour un tubule transverse : diade.
Le réticulum joue un rôle très important dans la contraction musculaire (fournit le calcium).
Les mitochondries sont en abondance près des myofibrilles. Elles comportent beaucoup de crêtes
de grande taille : signes de grande activité.
Des protéines attachent l’actine au sarcolemme (dystrophine...). Si la dystrophine est absente, les
protéines se contractent, mais pas le muscle : myopathie de Duchenne. (il existe de nombreuses
causes de myopathie : absence de mitochondrie par ex.).
La cellule musculaire est constituée de la répétition régulière de la même organisation. La
distance entre 2 tubules transverses est constante : 1,8 à 2 µ. Elle constitue l’unité de structure du
muscle, le sarcomère. Les sarcomères se raccourcissent pendant la contraction musculaire.
2. Protéines contractiles
Elles existent dans toutes les cellules mais sont en grande quantité dans le muscle.
a) Actine
Elle construit les filaments fins.
Elle est constituée de 3 éléments fondamentaux :
 G actine : protéine globulaire qui se polymérise en 2 brins qui s’enroulent pour former une
hélice
 tropomyosine : protéine filamenteuse légère qui se loge dans la gouttière entre les 2 filaments
torsadés de G actine. Elle empêche la fixation actine – myosine.
 troponine protéine pseudo globulaire qui est un trimère de troponine C, T et I.
 C fixe le calcium
 T fixe la troponine C à la tropomyosine
 I inhibe la liaison actine - myosine en l’absence de calcium : sous unité régulatrice.
 beaucoup d’anomalies sont possibles. Grande mobilité : modifications de conformation en
quelques ms et très forte résistance.
b) Myosine
(Alberts p 617)
C’est un dimère qui a la forme d’une canne de golf.
Chaque monomère est constitué d’une chaîne protéique lourde se terminant par une extrémité
globulaire : la tête faisant un angle de 45° par rapport à la partie linéaire. La jonction est
extrêmement flexible, et peut basculer de 45°, l’amenant à 90°.
Le dimère (la molécule
lourdes dans leur partie filamentaire.
La tête globulaire est une enzyme où il existe un site actif qui fixe l’ATP : la myosine est une
enzyme : une ATPase.

Les cannes de golf se dispersent en faisceaux pour former les filaments épais d’actine. Les têtes
font saillie à intervalles réguliers, avec des angles différents  aspect de filament épais au MO.
Sont associées aux chaînes lourdes des chaînes légères : autour de la tête. Ce sont des protéines
régulatrices (4 par molécule) dans le muscle striés et le cœur. Les chaînes légères ont le rôle de
déclenchement dans le muscle lisse.
B. MECANISME DE LA CONTRACTION
3 phénomènes indispensables à la contraction :
C’est l’interaction de l’actine et de la myosine, mais aussi le couplage excitation - contraction,
puis la décontraction.
1. Interaction actine - myosine
(Flam p 39)
 A un niveau initial :
 l’actine est entourée de tropomyosine et de troponine avec ses sous unités. Au repos, la
troponine et la tropomyosine s’intercalent entre l’actine et la myosine : il n’y a pas de
contraction.
 Dans cette situation, la molécule de myosine contient dans son site actif une molécule
d’ATP. Sa tête est inclinée à 45°.
 L’interaction ne peut se faire à cause de la tropomyosine, bloquée sur l’actine par la
troponine.
 2° étape : nécessite l’arrivée de calcium. La troponine a fixé sur sa sous unité C le Ca2+
 changement de la conformation (pas de changement chimique, mais changement de forme) de
la troponine qui va retentir sur l’ensemble
 rotation de la tropomyosine autour de l’actine (30° environ). Cette position persiste
aussi longtemps que le calcium est présent.
 démasquage du site de liaison avec la myosine sur l’actine.
 Cette liaison faible active le site catalytique de l’enzyme  hydrolyse de l’ATP en ADP + Pi.
 Etape suivante : contraction. La liaison actine myosine devient forte et comme l’ATP est
absent, la tête de myosine peut faire une rotation d’environ 45°, ce qui tire sur la molécule
d’actine
 raccourcissement de la chaîne. Ce n’est pas une liaison covalente mais une liaison à faible
énergie.
Tant que l’on reste dans cet état, la contraction est permanente.
 4° étape : retour à l’état relâché.
la condition de l’entrée en relaxation est le retour d’ATP : la refourniture au système d’ATP
fait revenir la myosine à son état de repos : il faut de l’énergie pour la relaxation. Une
mauvaise alimentation du muscle en O2 provoque sa contracture.
Apport d’ATP : ré-occupe le site sur la myosine.
 Si le Ca2= est toujours présent, il y a nouvelle contraction :
 le retour du muscle à l’état relâché nécessite le départ de Ca2=
 Remarque : pour qu’un muscle ait une contraction permanente (c’est le cas des muscles de la
posture), il faut que ces mécanismes moléculaires soient non synchrones dans une même
cellule : parmi toutes les molécules, il faut qu’il y en ait certaines en relaxation, d’autres en
contraction, les autres en état intermédiaire.
 rigidité cadavérique : en partie expliquée par l’absence d’ATP : l’ATP est pré requis pour la
relaxation, même si on fait partir le calcium.
  paradoxalement l’état de repos thermodynamique du muscle est l’état contracté, la
relaxation réclame de l’énergie. (Le muscle est comme un ressort tendu pendant la
relaxation).

2. Couplage excitation – contraction 
C’est le lien entre l’arrivée du PA dans le tubule transverse et l’ouverture des canaux calciques
spécifiques au niveau des citernes.
a) Muscles striés
i Muscle cardiaque
Le muscle cardiaque est dans l’état d’évolution le moins avancé.
Le PA a une phase de dépolarisation rapide comme le nerf ou le muscle squelettique. Le plateau
est long : spécifique au cœur, puis repolarisation.
Le sarcolemme présente à sa surface des canaux sodiques et potassiques, comme le muscle strié.
Le potentiel d’action est long car le canal calcique est présent partout sur le sarcolemme, (et
bien entendu sur le tubule transverse.
Le muscle cardiaque n’a pas d’excitation nerveuse : il a une activité automatique, spontanée. Le
PA se propage et envahit le tubule transverse.
Le reticulum sarcoplasmique se trouve au voisinage du tubule transverse. A proximité immédiate
se trouvent les protéines contractiles. Le reticulum contient du calcium qui va être libéré pour
déclencher la contraction.
Au niveau du tubule transverse, se trouvent des canaux calciques, faisant entrer un peu de Ca qui
va déclencher l’ouverture des canaux calciques propres au reticulum sarcoplasmique : cascade de
2 canaux différents sur le plan moléculaire : l’un dans le sarcolemme, au niveau du tubule en T,
l’autre dans le reticulum : un peu de Ca introduit dans la cellule déclenche une grande production
de calcium par le reticulum  phénomène d’amplification : libération de calcium induite par le
calcium.
Le calcium qui déclenche la contraction entre au niveau du tubule transverse, mais le canal qui
est responsable de cette entrée de calcium dans la cellule se trouve partout dans le sarcolemme
aspect durable du PA.
ii Muscle strié
Des canaux calciques spécifiques existent dans le reticulum  sortie de calcium.
Ce sont des canaux calciques qui déclenchent l’ouverture, uniquement dans le tubule transverse.
 Deux différences par rapport au muscle cardiaque :
 le PA est beaucoup plus bref : beaucoup plus proche de celui du nerf.
 Le muscle a dans son sarcolemme externe un canal sodique, très proche de celui du cœur,
des canaux potassiques pour la repolarisation, mais pas de canaux calciques sur le
pourtour de la cellule.
Pour le tubule transverse : c’est la même chose.
Avec le muscle squelettique, peu à peu, l’influence de cette entrée de calcium à travers le
sarcolemme vers le canal du reticulum a baissé d’influence avec l’évolution. De plus en plus dans
le muscle squelettique, il y a une relation mécanique directe entre le premier et le deuxième canal
calcique.

+.
 le rôle des citernes est l’accumulation de
Ca2+ pour permettre sa libération au
voisinage des protéines contractiles
 il y a amplification à base de Ca2+. Les
anticalciques diminuent l’entrée de calcium
dans la cellule cardiaque. Ils n’ont pas d’effet
sur le muscle.
Dans le sang, il y a environ 2 mmol Ca2+ par litre.
Dans le reticulum : 2 à 3 mmol/l.
Au repos, dans le cytoplasme, il y a très peu de calcium : 10-7 à 10-8 mmol/l.
En activité : 10-5 mmol/l : la concentration est multipliée par 10 ou 100 mais les quantités restent
très faibles. Le muscle squelettique est volontaire, il est commandé exclusivement par un
motoneurone, il n’y a pas d’activité spontanée.
b) Muscle lisse :
Présence d’actine et de myosine qui n’ont pas de direction
privilégiée. la contraction se fait dans toutes les directions.
Dans ces cellules, il n’y a pas de tubules transverses et
localement, les molécules d’actine et de myosine s’organisent
de la même manière. On trouve également un reticulum
sarcoplasmique sans diade ni triade (pas de tubules
transverses), des mitochondries éparpillées.
Le calcium provient du reticulum, de la mitochondrie, de la
membrane plasmique (qui peut amplifier en passant par le
reticulum). Par contre, la contraction ne se fait pas sur la
troponine : il n’y a pas de troponine. Le déclenchement se fait
directement sur la myosine. La myosine est environnée de
deux chaînes légères qui ont à l’état natif un rôle de blocage
de la contraction dans les muscles lisses. Pour le
déclenchement, il faut phosphoryler les chaînes légères par
des protéines kinases. C’est le calcium qui déclenche la
protéine kinase  phophorylation des protéines légères.
 le scénario est beaucoup plus long car les molécules ne
sont pas toutes au même endroit : il y a autant
d’intermédiaires, mais ils sont séparés.
La relaxation se fait par une phosphatase qui déphophoryle les
chaînes légères ce qui produit une contraction lente et
prolongée.
 : le calcium n’agit jamais seul : il se fixe toujours sur quelque chose : la troponine dans le
muscle squelettique et cardiaque. Dans le muscle lisse l’intermédiaire entre le calcium et le la
protéine kinase est la calmoduline.
PA
ACh
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+ calmoduline
PK
P