RÉALISÉ PAR DR BENSOUG LA CONTRACTION MUSCULAIRE

LA CONTRACTION MUSCULAIRE
RÉALISÉ PAR DR BENSOUG
PLAN DU COURS
• 1/-INTRODUCTION
• 2/-STRUCTURE DU MUSCLE.
• 3/-APPROCHE MÉCANIQUE DE LA CONTRACTION
MUSCULAIRE.
• 4/-APPROCHE BIOLOGIQUE DE LA
CONTRACTION MUSCULAIRE.
• 5/-DIFFÉRENTS TYPES DE CELLULES MUSCULAIRES.
1/-INTRODUCTION:
• Tous les mouvements segmentaires sont rendus
possibles grâce à l'action des muscles qui développent
une force permettant de déplacer les leviers osseux
autour des différents axes articulaires (le coude, le
genou, la cheville par exemple).
• Cette force est produite par la transformation d'énergie
chimique en énergie mécanique au sein du muscle. Et
c'est grâce aux 600 et quelques muscles que comporte
notre organisme que l'on peut marcher, courir, sauter,
nager, frapper, et faire tous les mouvements et activités
physiques possibles et imaginables.
2/-STRUCTURE DU MUSCLE.
• Le muscle est constitué de milliers de cellules
musculaires de forme cylindrique qu'on appelle les
fibres musculaires. Plusieurs fibres musculaires forment
un faisceau et plusieurs faisceaux forment l'ensemble
du muscle.
• Chaque fibre musculaire est entourée par une fine
couche de tissu conjonctif : l’endomysium qui la sépare
des autres fibres.
• Le sarcolemme, situé sous l’endomysium, délimite le
contenu cellulaire. De même chaque faisceau
musculaire est entouré du périmysium, alors que
l’épimysium entoure l'ensemble du muscle.
2/-STRUCTURE DU MUSCLE.
• Ces différentes enveloppes conjonctives se réunissent
pour former un tissu dense et très solide : le tendon.
Elles se sont entrelacées avec les fibres de l’os. Cet
ensemble constitue donc un lien très solide entre le
muscle et l’os.
• Le muscle est composé d'environ 75 % d’eau. Mais les
éléments les plus importants d’un point de vue
fonctionnel sont les protéines, qui correspondent à
environ 20 % de la masse musculaire.
• Si elles sont si importantes, c'est qu'elles sont
responsables des propriétés contractiles du muscle.
2/-STRUCTURE DU MUSCLE.
• Les principales protéines sont la myosine, l’actine, la troponine et
la tropomyosine.
• Lorsqu'on observe une fibre musculaire au microscope, on peut
observer une alternance de bandes claires et de bandes sombres
qui lui donnent un aspect strié.
• En langage technique les bandes claires sont dites isotropes, ce
qui signifie qu’elles laissent passer la lumière. C'est pourquoi on
les appelle les bandes I (I pour isotropes). Si elles laissent passer
la lumière, c'est parce qu'à cet endroit, seuls les filaments fins
constitués principalement d'actine et de tropomyosine sont
présents.
2/-STRUCTURE DU MUSCLE.
• A l'inverse les bandes sombres sont dites anisotropes et on les
appelle bandes A. c'est parce qu’à cet endroit on peut observer
la présence des filaments fins mais également des filaments
épais constitués de myosine.
• La bande I est séparée en deux parties par la ligne Z.
• L'unité comprise entre 2 lignes Z s'appelle le sarcomère. C'est
l'unité fonctionnelle de la cellule musculaire. C'est à l'intérieur de
cette unité fonctionnelle que la contraction musculaire va se
dérouler, principalement sous l’effet d’une interaction entre les
filaments fins et épais aboutissant à un raccourcissement du
sarcomère.
3/-APPROCHE MÉCANIQUE DE LA CONTRACTION
MUSCULAIRE.
• Lors de la contraction, la force musculaire est transmise
au segment osseux sur lequel le muscle s’insère. Les
muscles ayant un point d'insertion haut et bas sur 2
segments osseux séparés par une ou plusieurs
articulations, les contractions musculaires permettent
de rapprocher ces segments osseux. Le muscle triceps
sural par exemple, formant le relief du mollet, s'insère
entre la partie inférieure du fémur et la partie
postérieure du talon qu’on appelle le calcanéum. Sa
contraction va très logiquement entraîner une élévation
du pied,c'est-à-dire une extension du pied.
• Si ce raccourcissement musculaire est
macroscopiquement visible, c'est qu'il se passe
exactement la même chose microscopiquement au
niveau de chaque fibre musculaire. Les filaments fins et
épais glissent les uns sur les autres sans qu’ils ne
changent eux-mêmes de longueur. Le sarcomère par
contre passe d'une longueur d'environ 4 μm en position
de repos à une longueur de 2.7 μm lorsque la fibre
musculaire contractée.
• Ce raccourcissement microscopique de l’ensemble des
sarcomères entraîne un raccourcissement
macroscopiquement visible permettant au muscle de
générer une force importante.
4/-APPROCHE BIOLOGIQUE DE LA
CONTRACTION MUSCULAIRE.
• Au niveau de la tête de myosine, on trouve une
enzyme ayant la particularité d'hydrolyser l'ATP.
Cette enzyme est la myosine ATPase.
• (Rappelons qu'une enzyme est une molécule
permettant de faciliter une réaction chimique et que
l'hydrolyse de l'ATP permet de libérer de l'énergie).
• Lors de la contraction musculaire, la libération
d'énergie induite par l'action de la myosine ATPase
permet le glissement entre les filaments d'actine et
de myosine.
• Ce processus complexe se déroule en plusieurs étapes
qui permettent de transformer une énergie chimique
en énergie mécanique à partir d'une décharge
électrique.
• La première étape correspond à l'arrivée du message
nerveux sur la fibre musculaire. Son point de départ
se situe au niveau du cerveau, pour aller jusqu’à la
fibre musculaire après avoir transité le long de la
moelle épinière. Le potentiel d'action émis par le
système nerveux arrive au niveau des tubules
transverses de la cellule musculaire. C'est l’étape de
l'excitation musculaire.
• (Les tubules transverses, également appelée tubules
T, sont des invaginations du sarcolemme délimitant le
contenu de la cellule musculaire).
• Le calcium (Ca2+) présent au niveau du
réticulum sarcoplasmique va alors être libéré
dans le cytoplasme cellulaire. C’est l’étape du
couplage excitation-contraction qui correspond
à l'ensemble des phénomènes permettant de
transformer le signal nerveux en un signal
intracellulaire vers les fibres contractiles.
• (Le réticulum sarcoplasmique est un
compartiment intracellulaire qui stocke le
calcium en grande quantité).
• Vient ensuite l’étape de la contraction
musculaire proprement dite.
• Le calcium libéré du réticulum sarcoplasmique se fixe sur le
système troponinetropomyosine.
• Alors que celui-ci empêche habituellement l'interaction entre
l’actine et la myosine, l'arrivée du calcium lui fait perdre son
pouvoir inhibiteur. L'actine et la myosine se fixent alors.
• D'un point de vue chimique on peut représenter cette
interaction par la réaction :
• actine + myosine ATPase → Actomyosine ATPase.
• L'ATP est alors hydrolysé :
• Actomyosine ATPase → Actomyosine + ADP + P + NRJ.
• Le transfert d'énergie entraîne le mouvement entre
les filaments fins et épais, par une rotation de la
tête de myosine. La fibre musculaire est alors
contractée, le sarcomère est raccourci.
• Ce phénomène dure tant que la contraction de
calcium est suffisante pour inhiber le système
troponine-tropomyosine. Lorsque la stimulation
nerveuse s'arrête le calcium est re-pompé vers le
réticulum sarcoplasmique, le système troponinetropomyosine reprend son pouvoir inhibiteur.
L'actine et la myosine restent alors séparées. C’est
l’étape de la décontraction. Il faudra attendre
l'arrivée d'un nouveau potentiel d'action que la
fibre musculaire puisse à nouveau se contracter.
5/-DIFFÉRENTS TYPES DE CELLULES MUSCULAIRES.
• Lorsqu' on observe les fibres musculaires des sportifs
spécialistes d'activités très intenses et de courte durée
(comme le sprint en athlétisme par exemple) après
prélèvement par biopsie musculaire, et qu'on les compare
avec celles de spécialistes d’activités plus longues (comme le
marathon) des différences importantes apparaissent.
• La fibre musculaire du sprinter renferme beaucoup plus de
fibres dites rapides que celle du marathonien. Il existe en fait
trois sortes de fibres musculaires humaines : les fibres I dite
lentes, les fibres IIb dites rapides et les fibres IIa
intermédiaires. Ce sont les caractéristiques morphologiques
différentes de ces fibres qui induisent les propriétés
contractiles différentes.
• Comparées aux autres, les fibres I sont innervées par
un petit motoneurones, elles ont une fréquence de
décharge faible et un délai de contraction important.
Elles ont une force maximale faible mais une
résistance à la fatigue très importante. Ce sont des
fibres qui ont également la caractéristique d'avoir une
faible surface de coupe. C’est la raison pour laquelle
les marathoniens ont des muscles moins volumineux
que les sprinters. Elles ont également un nombre de
capillaires par fibre beaucoup plus important
(permettant un meilleur afflux sanguin et donc une
meilleure oxygénation) et un nombre de
mitochondries par fibre beaucoup plus important
(permettant de synthétiser beaucoup plus d'énergie à
partir de l'oxygène).
• À l'inverse, les fibres IIb sont innervées par de gros
motoneurones, elles ont une fréquence de décharge
beaucoup plus importante et un délai de contractions
faible. Elles ont une force maximale importante mais
une très faible résistance à la fatigue. Elles ont une
surface de coupe beaucoup plus importante mais un
nombre de capillaires par fibre beaucoup plus faible
(expliquant la plus grande fatigabilité) et un nombre
de mitochondries par fibre faible (la filière énergétique
permettant à ces fibres rapides de synthétiser l'ATP
n'utilise d'ailleurs pas l’oxygèneet les réactions ne se
déroulent pas dans la mitochondrie).